開關電源數模混合測控系統硬體電路設計與實驗

2020-11-27 電子產品世界

　　摘要：採用UCC3895晶片與單片機相結合的方案設計了直流開關電源數模混合測控系統。閉環系統包括電壓環與限流環，電壓環使輸出穩定在設定值上，限流環解決了負載突變問題，調節器和保護電路的設計使系統穩定且安全運行，單片機完成了系統故障的實時監測、顯示與保護。最後研製了一套輸出為270V的直流開關電源測控系統，實驗結果良好。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/170164.htm

　　引言

　　大中功率直流開關電源一般採用移相全橋DC/DC變換器 。實現全橋變換器的移相控制主要有以下三種方法：(1)採用分立器件進行邏輯組合;(2)採用DSP或CPLD實現數字控制;(3)採用專用集成控制晶片 。採用分立器件進行邏輯組合構成的模擬控制電路結構複雜，不利於開關電源小型化;採用DSP或CPLD實現數字控制的成本較高，且存在數字電路延遲;採用專用的集成控制晶片電路簡單且成本較低。第三種方法中可以採用UCC3895晶片來產生PWM控制波形，UCC3895是一款優良的移相全橋控制晶片，有電壓和電流兩種控制模式，佔空比可從0%～100%， 且可以為零電壓開關(ZVS)提供高效高頻的解決方案。國內外常用的移相全橋反饋模式為電流模式 ，但其雙閉環控制電路複雜，不易實現。

　　由於單電壓環反饋模式簡單有效的優點，本文基於UCC3895移相全橋控制晶片採用單電壓環加限流環的反饋模式和單片機相結合設計了直流開關電源數字模擬混合測控系統，詳細設計了閉環系統、控制器參數、保護電路，顯示電路，調壓電路，並對測控系統進行了實驗。

　　系統方案

　　採用應用廣泛的TI公司生產的UCC3895晶片與單片機相結合的方案設計了直流開關電源數字模擬混合測控系統。如圖1所示，利用UCC3895對DC/DC變化器主電路進行PWM移相控制，並與單片機相結合來實現對主電路的檢測與反饋控制，以及輸出過壓，過流，過溫等保護。其中，所選單片機型號為美國微芯公司生產的PIC16F873單片機。PIC16F873共28個引腳，內部自帶5個10位A/D通道，2個定時計數器，2個脈寬調製(PWM)通道。

　　閉環反饋模式採用單電壓環加限流環的模式，存在電壓環調節器和限流環調節器兩個調節器，即恆壓控制調節器和恆流控制調節器。當電壓環調節器工作時，整個電源裝置相當於一個電壓源，此時限流環調節器不參與工作;當限流環調節器工作時，整個電源裝置相當於一個電流源，此時電壓環調節器不參與工作。電壓環調節器選用PID調節器，在低頻段起積分作用，改善系統的穩態性能，在中頻段起微分作用，改善系統的動態性能。限流環調節器只是在負載過重時的較短時間內起作用，要求不高，可以選用P調節器或PI調節器，為減小穩態誤差所以選用PI調節器。如圖2所示，正常情況下只有電壓環工作，限流環不工作，一旦輸出過流則電壓環停止工作，由限流環工作，通過減小輸出電壓將電流穩定在限流值。

　　控制器參數設計

　　電路參數為：輸入Vin=500V，輸出電壓Vo=270V，諧振電感Lr=30uH，變壓器變比K=1.63，濾波電感 Lf=500uH，濾波電容Cf=470uF，負載電阻RL=30Ω。開關頻率fs=80kHz，參考電壓Vr=3V，PWM調製器鋸齒波幅值Vp=2.35V。

　　閉環反饋模式具體硬體電路如圖3所示，限流環調節器輸出端通過一個二極體與電壓調節器輸出端連在一起接至UCC3895內部的PWM波比較器同相輸入端，限流環調節器的輸出接到二極體的陰極。當電流達到限流值時，限流環調節器輸出電壓下降，低於電壓調節器輸出，二極體導通，將限流環調節器輸出接到PWM比較器同相輸入端並與載波信號比較產生佔空比控制主電路開關管通斷，通過減小輸出電壓將電流穩定在限流值，此時只有限流環起作用，實現恆流控制;當電流未達到限流值時，二極體不導通，由電壓環起作用，實現恆壓控制。

pid控制相關文章:pid控制原理

dc相關文章:dc是什麼

pwm相關文章:pwm是什麼

pid控制器相關文章:pid控制器原理

塵埃粒子計數器相關文章:塵埃粒子計數器原理 脈寬調製相關文章:脈寬調製原理

相關焦點

  • PFC開關電源硬體設計分享
    在今天和明天的文章中，我們將會為各位工程師們分享一種基於LED路燈的PFC開關電源設計方案。本方案採用有源PFC功能電路設計的室外LED路燈電源，其內部特別設置有EMC電路和高效防雷電路，能滿足室外照明和抗雷需要。今天我們將會就這一開關電源方案的硬體設計展開詳細介紹。
  • 質子交換膜燃料電池測控系統的設計
    為了提高PEMFC（質子交換膜燃料電池）發電系統的輸出性能，本文以飛思卡爾的DSP晶片MC56F8013為核心，設計了一種測控系統，對整個PEMFC的發電過程進行監控。首先介紹了通用測控系統的基本組成，然後詳細介紹了整個測控系統的軟硬體設計，最後進行了系統的發電性能測試實驗。實驗表明，所設計的測控系統能保證電池的穩定輸出，性能基本達到預期指標。
  • 一文讀懂電源(地)層的分割、數模設計
    有人建議將混合信號電路板上的數字地和模擬地分割開，這樣能實現數字地和模擬地之間的隔離。儘管這種方法可行，但是存在很多潛在的問題，在複雜的大型系統中問題尤其突出的。最關鍵的問題是不能跨越分割間隙布線，一旦跨越了分割間隙布線，電磁輻射和信號串擾都會急劇增加。 　　問題：在PCB設計中最常見的問題就是信號線跨越分割地或電源而產生EMI問題。
  • PFC開關電源電路設計分享
    昨天我們為大家分享了一種PFC開關電源的原理和硬體部分的設計思路，這種基於LED路燈的PFC開關電源非常適用於公共場所的路燈照明應用
  • 如何設計開關電源的啟動電路
    好的啟動電路只在電源系統啟動時為其提供能量，當系統正常運行後便停止工作，那麼怎樣才能使啟動電路即安全可靠又能在輸出電壓建立後停止工作呢?　　1、啟動電路設計構思　　DC-DC開關電源的輸入電壓範圍寬，而電源IC晶片又需要穩定的工作電壓，則啟動電路就需要為IC提供安全穩定的啟動電壓。
  • 詳述ARM控制逆變器電源電路設計方案
    本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201612/327644.htm　　系統總體方案　　總體設計框圖　　如圖1 所示， 逆變器系統由升壓電路、逆變電路、控制電路和反饋電路組成。
  • 專注研發開關電源晶片,「芯茂微」提供數字模擬混合集成電路解決...
    文 | 美雲 編輯 | 戀迦（bjjh@36kr.com） 圖 | Unsplash 電源管理晶片是電子產品電力供應的保障，在系統中起著極其重要的作用，而更高的集成度、功率密度以及更高的能效等方面一直是電源管理晶片的發展方向。
  • 基於32位高性能數位訊號處理器實現飛機測控終端系統的設計
    本實驗室對先進飛機配電系統進行了多年研究，設計了包括電源系統處理機、負載管理中心、匯流條控制器及負載仿真器四部分的飛機配電地面實驗系統。本文所要介紹的飛機測控終端是適用於匯流條控制器和負載管理中心的通用測控終端，其主要實現對負載狀態的監測並依據電源系統處理機發布的控制命令實現對負載的控制。下面將從硬體及軟體兩方面介紹測控終端的實現。
  • 開關電源輸入濾波電路的設計
    打開APP 開關電源輸入濾波電路的設計 發表於 2020-04-03 09:25:50 開關電源是通訊系統的動力之源，已在通信領域中達到廣泛應用。
  • 特種集成開關電源的電路設計
    摘要：詳細闡述了四種新型特種集成開關電源的性能特點、電路設計方案及其應用領域。特種集成開關電源主要包括以下四種類型：複合型開關電源、恆壓／恆流型開關電源、截流輸出型開關電源恆功率輸出型開關電源。它們均採用TOPSwitch或TOPSwitch－Ⅱ系列單片開關電源集成電路，再配上相應的外圍電路（含控制環路）設計而成，具有不同的輸出特性和應用領域，能滿足不同用戶的需要。
  • 基於開關電源的並聯供電系統設計
    開關電源的應用領域日益廣泛。開關電源是利用現代電力電子技術，控制開關管開通和關斷的時間比率，維持穩定輸出電壓的一種電源，直流開關電源的核心是DC/DC轉換器。開關電源一般由脈衝寬度調製(PWM)控制IC和MOSFET構成。在大功率開關電源中，通常採用多個單元並聯獲取大電流的方法獲取大功率。
  • 電子所高電源抑制比電壓基準源設計技術研究獲進展
    CICC會議是IC設計領域最重要會議之一，從1988年開始每年舉辦一次，會議內容涉及集成電路設計、仿真、製造，MEMS、生物電子等方面。中國科學院電子學研究所可編程晶片與系統研究室團隊在高電源抑制比電壓基準源設計技術方面取得突破，並在會議上報導了A -115dB PSRR CMOS Bandgap Reference With a Novel Voltage Self-Regulating Technique。　　基準電壓源是高速數模混合晶片中非常重要的一個模塊，基準電壓的穩定性直接影響了整個系統的性能。
  • 醫用開關電源設計方案
    實驗通過光耦實現輸出和輸入的隔離，不僅提高了電源的效率，簡化了外圍電路，也降低了電源的成本和體積，使電源具有輸出電壓穩定，紋波小等優點。本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201808/386620.htm以UC3842晶片為核心，提出了一種醫用開關電源設計方案。
  • 基於MCS-51單片機的直流電機轉速測控系統設計
    的硬體組成及關鍵單元設計方法。實驗結果表明該系統能實時、有效地對直流電機轉速進行監測與控制，而且輸出轉速精度高、穩定性好。系統的設計任務包括硬體和軟體兩大部分，其中硬體設計包括方案選定、電路原理圖設計、PCB繪製、線路調試：軟體設計包括內存空間的分配，直流電機控制應用程式模塊的設計，程序調試、軟體仿真等。
  • 智能紅外遙控開關工作原理和電路設計
    因此，紅外遙控開關還必須擁有降壓電源模塊。 2 電路設計 硬體電路設計包括電源電路的設計和解碼電路的設計兩部分。電源電路是為解碼電路提供電源而設計的，除了要求電壓穩定外，還要求其體積小，成本低。解碼電路要求能對紅外編碼進行可靠地接收，同時要能夠穩定地控制繼電器的開關。
  • 基於開關電源的多電源並聯控制系統設計
    摘要：本文研製一個基於開關電源的多電源的並聯控制系統設計方案，採用UC3825和UC3907作為系統和均流控制系統的核心晶片，同時採用移相式全橋變換器的拓撲結構作為逆變電路，實驗仿真結果表明它基本達到設計要求，具有輸出電壓可調
  • 解決LED驅動電源電磁幹擾的三大硬體措施
    LED電源的電磁兼容出現問題一般是開關電路的電源中。而開關電路是開關電源的主要幹擾源之一。開關電路是LED驅動電源的核心，開關電路主要由開關管和高頻變壓器組成。它產生的du/dt具有較大幅度的脈衝，頻帶較寬且諧波豐富。這種高頻脈衝幹擾產生的主要原因是：開關管負載為高頻變壓器初級線圈，是感性負載。
  • 基於USB2.0的單色光源外圍電路設計
    2、系統總體介紹　　外圍電路系統如圖2所示，由PC機的光學掃描應用程式和以Cypress公司的USB2.0接口晶片EZ-USB FX2 CY7C68013(以下簡稱FX2)為核心處理器的硬體電路系統組成。
  • 影響硬體可靠性的因素有哪些?在設計時需要考慮哪些?
    為了保證系統的可靠性，在對其電路設計時應考慮最極端的情況。 各種電子元器件的特性不可能是一個恆定值，總是在其額定(典型)參數的某個範圍內；同時，電源、電壓也有一個波動範圍。 最壞的設計方法是考慮所有元件的公差，並取其最不利的數值核算電路每一個規定的特性。
  • 開關電源的變壓器 EMC 設計
    對於帶變壓器拓撲結構的開關電源來說，變壓器的電磁兼容性(EMC)設計對整個開關電源的EMC水平影響較大。本文以一款反激式開關電源為例，闡述了其傳 導共模幹擾的產生、傳播機理。根據噪聲活躍節點平衡的思想，提出了一種新的變壓器EMC設計方法。通過實驗驗證，與傳統的設計方法相比，該方法對傳導電磁 幹擾(EMI)的抑制能力更強，且能降低變壓器的製作成本和工藝複雜程度。