基于單片機(jī)和PSD設(shè)計(jì)的數(shù)制化電源

PSD302是一種功能很強(qiáng)的通用外圍接口芯片，它不僅可替代單片機(jī)最小系統(tǒng)中的地址鎖存器、譯碼器和存儲(chǔ)器，而且可使系統(tǒng)功能和可*性大大增強(qiáng)。它有19根可單獨(dú)構(gòu)造的I/O引腳、兩個(gè)可編程陣列、內(nèi)部高速EPROM和SRAM等，可有四種工作模式供選擇，作輸入的引腳有效電平可編程，故它幾乎支持任何8位或16位微控制器。

根據(jù)上述芯片的特性，可畫出監(jiān)控部分的電路示意圖，如圖４所示。80C196KC的 P0.0和P0.1作為內(nèi)部８通道A/D轉(zhuǎn)換器的模擬輸入端，分別檢測(cè)輸出電壓和負(fù)載電流，P0口的其它線仍可作數(shù)字輸入口用，P1口和P2．6、P2．7為準(zhǔn)雙向口，可用于輸出監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和聲光報(bào)警信號(hào)，P3、P4口用作系統(tǒng)總線。為了防止A/D轉(zhuǎn)換器模擬輸入端過(guò)載及增強(qiáng)其抗尖峰干擾的能力，應(yīng)分別加裝二極管箝位電路及阻容濾波電路。PSD302構(gòu)造為16位多路復(fù)用模式，PA、PB口均構(gòu)造為I/O輸出，分別作為VS和換分向橋的控制驅(qū)動(dòng)，PC0～PC2留作備用，或作為片選輸出信號(hào)。

２ 程序流程圖

本系統(tǒng)由80C196KC的內(nèi)部定時(shí)器T0設(shè)定采樣時(shí)間間隔，T0的中斷服務(wù)程序分別采集輸出電壓和負(fù)載電流，存入PSD302的響應(yīng)SRAM中。80C196KC根據(jù)采樣值與標(biāo)準(zhǔn)值的比較發(fā)出命令給PSD302，調(diào)節(jié)輸出幅值或相位。程序流程圖如圖５所示。

３ 諧波分析

理論上講，利用數(shù)制化電源裝置可以產(chǎn)生任意形狀的電壓波形，但由于頻率很高時(shí)，IGBT的開關(guān)時(shí)間不可忽略，單片機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)間也必須加以考慮，故實(shí)際上只能得到近似的階梯狀曲線。以最常見的合成正弦電壓的情形為例來(lái)分析，并忽略二極管和IGBT的導(dǎo)通電壓，當(dāng)VS能輸出的最高電壓與正弦電壓的峰值接近時(shí)，輸出端UV的電壓可展成傅立葉級(jí)數(shù)

成立時(shí)，可使次以內(nèi)的諧波皆為零。例如，當(dāng)只有一位單元時(shí)，則觸發(fā)角α１為0.5236弧度，可使５次以內(nèi)的諧波為零；當(dāng)有兩位單元時(shí)，則觸發(fā)角分別為0.2037,0.4701,0.9784弧度或0.2093,0.7318,1.4953弧度，可使9次以內(nèi)的諧波為零，而9次及以上各次諧波頻率與基波頻率相差很大，易用低通濾波器濾去。若再增加幾位電壓?jiǎn)卧?，例如共用八位，如果能選擇適當(dāng)?shù)挠|發(fā)角，則513次以內(nèi)的諧波皆為零。

４ 應(yīng)用

由以上分析可知，通過(guò)改變單片機(jī)的控制方式，即可獲得各種各樣的電壓波形，例如用簡(jiǎn)單的線性插值法，可實(shí)現(xiàn)輸出無(wú)級(jí)可調(diào)直流電壓，因此這種數(shù)制化電源裝置首先具有通用性，可用于交直流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制及調(diào)速、實(shí)驗(yàn)室電源等。在輸出正弦交流電壓時(shí)，它的諧波分量比普通的PWM逆變器小得多，如不使用低通濾波器，則可消除濾波器引起的波形失真。它的控制也較簡(jiǎn)單，可用于對(duì)電源要求較高的場(chǎng)合，如高精度變頻調(diào)速、不間斷電源、大功率高效D/A轉(zhuǎn)換器、多電源系統(tǒng)等，原則上可取代PWM。如果用于專門用途，只輸出一種電壓波形，則整個(gè)系統(tǒng)從硬件到軟件都可進(jìn)一步優(yōu)化，以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，降低成本，提高精度，增強(qiáng)可*性。

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，器件的集成度越來(lái)越高、性能越來(lái)越強(qiáng)、功率也越來(lái)越大，用它們設(shè)計(jì)和制造出來(lái)的各種裝置也正朝小型化、高頻化、智能化、大功率方向發(fā)展。目前500kHz的VDMOS開關(guān)電源在市場(chǎng)上已有售。在采用諧振開關(guān)技術(shù)時(shí)，其開關(guān)頻率可進(jìn)一步提高到數(shù)兆赫至幾十兆赫，效率大于80%，出現(xiàn)了功率密度達(dá)每立方英寸30～50W的所謂“卡片式”開關(guān)電源。但VDMOS的導(dǎo)通電阻與成正比，限制了它在高頻中、大功率領(lǐng)域的應(yīng)用。IGBT集MOS器件與雙極型器件的優(yōu)點(diǎn)于一體，得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，有取代GTR和MOSFET的趨勢(shì)?？梢灶A(yù)見，未來(lái)的電力電子開關(guān)器件具有導(dǎo)通壓降更低、開關(guān)速度更高、損耗更小等特點(diǎn)，與現(xiàn)代控制理論相結(jié)合的數(shù)制化電源裝置功能也將進(jìn)一步增強(qiáng)，徹底取代PWM等也將成為必然。