大功率数控直流稳压电源的研究与设计

船电技术2008年第3期Vol.28No.32008.5/6170大功率数控直流稳压电源的研究与设计傅胤荣(韩山师范学院物理与电子工程系，广东潮州521021)摘要:研制了一款基于LPC933单片机的数字化通用直流大功率稳压电源。该电源具有数码显示、数字输入调压、电压调节精度高的特点。系统电压调节范围为0~15V，最大输出电流50A，具有过载和短路保护功能。通过软件编程,易于实现功能的扩展。关键词:稳压电源单片机数字闭环控制中图分类号：TN867文献标识码：A文章编号：1003-4862（2008）03-0170-02ResearchandDesignforIntelligentHigh-powerSwitching-modePowerSupplyFuYinrong(FacultyofPhysics&ElectricalEngineering,HanshanNormalUniversity,Chaozhou521021,Guangdong,China)Abstract:AninnovativeintelligentSwitching-modepowersupplybasedonLPC933MCUisdeveloped,anditselectriccurrentcanbesetupfrom0to50A.Havingnumeraldisplay,thisDCpowercanadjustvoltageanddifferentiatevoltageprecisely.It’seasytohaveitsfunctionenlargedthroughtheprogrammer.Keywords:Switching-modepowersupply;Single-ChipMicrocomputer;digitalcontrol1引言直流稳压电源是各种电子设备不可缺少的组成部分,其性能的优劣直接关系到电子设备能否安全可靠地工作。目前,开关稳压电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用在各种终端设备、通信设备中。在实际的工作环境下，特别是在一些工业场所，电磁环境十分恶劣,常常有异常情况出现，例如过电压、瞬态脉冲冲击波、强电磁辐射等，这些都有可能损坏电源，影响整个系统的工作。本文以单片机为核心，结合数字反馈控制技术,设计出一种最大输出电流50A、输出电压在0~15V之间并以0.2V为步进值进行电压精确调整的大功率数控直流稳压电源电路。有效地克服了传统电源的功率偏低、精度不够等不足，有较大的实用价值。2稳压电源原理与设计2.1总体硬件设计设计中采用电流、电压负反馈的方法来达到恒流、恒压供电的目的，应用了LPC933单片机及相应的控制电路。稳压电源硬件原理图如图1所示。稳压电源电路主要包括主电源回路、信号控制两部分。主回路部分由桥式整流、PWM波形产生和直流滤波等组成。交流电输入电路后，经全桥整流为300V左右的直流电，由大电容进行低频滤波稳压，MOS器件Q1、Q2组成半桥逆变器。通过给MOS管Q1、Q2加高频方波控制信号，使Q1~Q2周期性地导通，可得到脉宽可调的高频交流电，经高频变压器耦合到副边，再经整流管D2和D3整流，L1和C4滤波，在输出侧得到低纹波直收稿日期：2008-02-15作者简介：傅胤荣(1979-)，男，硕士，助教，主要研究方向：电力电子技术。Vol.28No.32008.5/6船电技术2008年第3期171流电压。显示模块是用来显示电池的当前电压与电流，显示状态由面板上实现按钮启动[1]。2.2电路功能设计与分析2.2.1脉宽调制器PWM脉宽调制控制电路采用开关电源专用集成芯片SG3525，有OUT-A与OUT-B反向输出。移相PWM的相移控制是通过误差放大器来实现，误差放大器同相端E/A+（2脚）接由单片机控制输出的电压信号。反相端E/A-（1脚）接主电路输出电流或电压的反馈信号，电流和电压负反馈信号之间的切换由肖特基二极管D1的导通截止实现。反馈信号和标准电位比较，差值经放大输出，送至移相脉宽控制器，控制OUT-A与OUT-B之间的相位，最终调整波形占空比，使电压和充电电流稳定在预定值上[2]。图1稳压电源原理2.2.2电流采样电流采样是大电流充电器的关键技术之一。设计了在高频变压器的初级线圈处增加环形电流互感器，匝数比为1∶50，不但达到精确电流采样的作用，还使采样功耗控制在0.5W以内。2.2.3限流保护措施将高频变压器输出的电流经电流互感器耦合输出，再经倍压整流，电容滤波及电阻分压后，送至SG3525的软启动功能脚（10脚），与比较器的同相端电压进行比较，当输入电压过高时SG3525停止输出驱动信号，从而保护电路。2.2.4散热问题研发初期发现，逆变部分主要部件大功率开关管Ｑ1和Ｑ2及直流输出部分的全波整流管Ｄ2和Ｄ3，在充电电流大于30Ａ时出现过热问题，无法满足老化要求。经过硬件反复调试发现，从以下几个方面可以有效地解决过热的问题：（1）增加交流共模滤波电感，调试发现电网的高频干扰信号是造成逆变器开关管温升异常的重要原因。（2）在直流输出端，增加滤波电感后，发现有效地减轻了开关管和全波整流管的负荷。（3）增加散热面积。使开关管金属面通过导热胶片压在金属外壳上。（4）风冷。开始系统初始化D/A转换A/D转换输出电压显示图2软件流程图(下转第186页)船电技术2008年第3期Vol.28No.32008.5/6186图8计算机辅助计算参考文献：[1].李双义主编.冷冲模具设计.北京：清华大学出版社，2002.[2].第七一二研究所标准化组.电气产品设计常用资料汇编(上),1975.[3].李春葆等.VisualBasic数据库系统设计与开发.北京：清华大学出版社，2003.≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈(上接第171页)3系统软件设计与试验系统软件设计采用结构化程序设计方法,软件主体流程图如图2所示。系统首先完成系统硬件和系统变量的初始化(包括变量设定,设置控制键,设置功能键等),再由单片机读取设定的值,进行数据的D/A转换处理,后送至SG3525,再由单片机A/D转换处理,最后由LPC933单片机控制显示接口芯片,显示输出的电压值,即为开关稳压电源的输出值[3]。4结束语本文设计的数字控制直流稳压电源，利用LPC933单片机及其外围扩展电路。采用了键盘及数码显示，该电源具有调整方便、步进精度高、功率大等特点，特别适合需要大功率稳压电源，电磁环境十分恶劣的特种工业场所，大幅度地提高实际应用中的稳压电源现有规格的功率范围,有比较广阔的应用和发展前景。参考文献：[1].何小艇.电子系统设计[M].杭州:浙江大学出版社,2000,378-396.[2].王鸿麟.通信基础电源(第二版)[M].西安:西安电子科技大学出版社,2001,279-310.[3].张毅刚.单片机原理及应用[M].北京:高等教育出版社,2004.