基于ARM的智能數(shù)字開關(guān)電源設(shè)計(2)
2.2 推挽式直流變換器及濾波器的設(shè)計
由于電源的輸出功率小于200 W,采用推挽式直流變換器可以滿足此要求。如圖6所示,S1和S2是IGBT,它們交替導(dǎo)通,每個開關(guān)導(dǎo)通比為50%,S1,S2導(dǎo)通分別由PWM2,PWM3控制,PWM2,PWM3是ARM給出的控制信號。S1,S2的作用是在高頻變壓器T的初級產(chǎn)生對稱的交變方波,當(dāng)S2導(dǎo)通(S1截止)時,T的磁芯中磁通上升,當(dāng)S1導(dǎo)通(S2截止)時,T的磁芯磁通下降。在次級產(chǎn)生一個變電壓,經(jīng)D1,D2整流后,便得到直流的輸出電壓U02,在理想狀態(tài)下
分別為變壓器的初級和次級繞線的匝數(shù)。因為與01相連的初級繞組上的電壓反射到初級繞組的另一半上,所以S1或S2在不導(dǎo)通時,兩端的電壓為2U01所以IGBT耐壓要大于2U01,即IGBT的耐壓大于400 V。
在高頻上,變壓器通常采用導(dǎo)磁較高的鐵氧體磁芯或鈹莫合金鐵芯等磁性材料,其目的是為了獲得大的勵磁電感,減小磁路中的功率損耗,使之能以最小的損耗和失真?zhèn)鬏斁哂袑掝l帶的脈沖能量。本文采用PQ型鐵氧體磁芯,內(nèi)芯為圓柱,繞線方便同時也便于繞成蜂房式線圈以減小分布電容,且沒有棱角,高壓時不易打火擊穿,次級邊的匝數(shù)不超過2000圈,初、次級的匝數(shù)比為1:12。
由于高壓變壓器的匝數(shù)多,初次級之間的耦合度較強(qiáng),且寄生電容大,它的輸出波形接不連續(xù),波形如圖7所示。因此輸出的電壓要有濾波器,才能得到比較穩(wěn)定的電壓。濾波器的設(shè)計如圖6所示,電容耐壓3 kV,容量為470 pF。
3 ARM控制系統(tǒng)及其軟件實現(xiàn)功能
該系統(tǒng)采用的ARM是SAMSUNG公司的SC344BOX芯片,是一款低價格、高性能的ARM芯片,擁有出色的外設(shè)模塊,適用于工業(yè)控制、生物識別、多媒體監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)流媒體和智能電器等。其主要特點有:
(1)ARM7TDMI內(nèi)核,支持Thumb(16位)/ARM(32位)雙指令集,能很好的兼容8位/16位器件;帶有8 KB高速緩存器,主頻可達(dá)66 MHz;
(2)LCD控制器,可以支持256色STN,且LCD有專用DMA;
(3)5個PWM定時器,1通道內(nèi)部定時器;
(4)16位看門狗定時器;
(5)8通道10位ADC;
(6)71個通用I/O口,8通道外部中斷源。
采用SC344BOX所設(shè)計的系統(tǒng),幾乎所有的指令都可以在20 ns內(nèi)完成,配合強(qiáng)大的指令運算功能,很容易實現(xiàn)各種控制算法及高速采樣,為了減小系統(tǒng)的靜差,采用了閉環(huán)來實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的控制。
該電源系統(tǒng)中ARM的主要功能及軟件實現(xiàn)如下:
①產(chǎn)生PWM波。PWMl用于對BUCK電路中的IGBT的驅(qū)動。根據(jù)輸出采樣,設(shè)定和調(diào)整定時器中周期寄存器的值和比較寄存器中的值來改變輸出PWMl波的周其期和脈沖寬度。PWM2,PWM3設(shè)定周期為50 kHz的彼此交互的方波。
②實時采樣。采用SC34480X中集成的8路10位的ADC轉(zhuǎn)換電路實現(xiàn)電壓、電流實時采樣,每一通道的最小轉(zhuǎn)換時間為500ns,通過采樣模塊MAXl22,將采樣信號轉(zhuǎn)換為2407的ADC所需的O~3.3V電平,在1個開關(guān)周期中,將采樣80次(開關(guān)頻率為50kHz),采樣后,通過軟件編程調(diào)整驅(qū)動BUCK中電路中的IGBT管的PWMl波形,達(dá)到穩(wěn)壓的目的,同時當(dāng)輸出電壓、電流過高或欠壓時,ARM調(diào)用相應(yīng)的子程序來處理突發(fā)事件,起到保護(hù)作用。
③軟件編程時設(shè)置看門狗電路防止死機(jī)。
4 結(jié)語
本文在上述分析的基礎(chǔ)上,設(shè)計出一臺基于ARM智能數(shù)字控制技術(shù)的開關(guān)電源。電源的指標(biāo)滿足性能要求:輸出電壓連續(xù)可調(diào)、紋波系數(shù)低于0.5%、輸出電壓穩(wěn)定度小于O.3%。該電源現(xiàn)已投入使用,運行良好。
- 第 1 頁:基于ARM的智能數(shù)字開關(guān)電源設(shè)計(1)
- 第 2 頁:推挽式直流變換器及濾波器的設(shè)計
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( 發(fā)表人:大本 )