1、1刍议可调控电源开关的设计与应用摘要：采用模拟控制技术的传统电源开关虽然技术成熟，但是存在着体积较大、调试不便、控制不灵活等较多的先天不足。采用全新的设计方案能够充分体现出电源开关设计的时代理念，提高电源开关调控的便捷性和精确性。在本文中，笔者结合自己的专业知识，简单分析并探讨了基于数字控制技术的可调控电源开关的设计方案，经过仿真以及后续的电路调试证明了基于数字控制技术的可调控电源开关的设计方案的可行性。 关键词：可调控电源开关；数字控制技术；控制处理器；设计方案 中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号： 1. 前言 在以往，模拟控制技术是电源开关采用的主流控制技术，技术也是相当成熟，
2、但是模拟控制技术的先天不足在进入数字化时代的今天体现得尤为突出。例如，复杂的控制电路和较多的元器件不利于电源开关的小型化、成型之后的控制电路基本无法进行修改、复杂的控制方式导致的控制不灵活和调试不便等。而基于数字控制技术的可调控电源开关的设计方案，主要是采用数字技术来对电源进行通信、控制以及保护等操作，采用数字环路控制，具有快速响应、允许编程等优势。该方案的优点十分突出。例如，能够直接监测运行情况、具有很强的应用适应性、2具备故障警告能力、具备远程诊断能力、具有多重保护功能、具有过电压过电流的自动冗余并联能力以及更加容易的维护和调试能力。 2. 数字控制技术应用于可调控电源开关的方法和难点 相
3、对于模拟控制技术，采用数字控制技术的电源开关能够有效避免出现漂移、控制误差较大、非线性不宜补偿、易受温度影响等问题，通过稳定的控制参数来提升并扩大电源开关的使用灵活性和适用领域范围，提高控制的精确度。 2.1 数字控制技术应用于可调控电源开关的方法分析 目前，将数字控制技术应用于可调控电源开关主要有下述两种方法：首先，利用 DSP（Digital Signal Processing，数字信号处理）技术实现对电源开关的直接控制。DSP 处理器主要负责信号采集和处理、PWM（Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制）输出、A-D 转换等。开关的驱动需要足够的功率，而数字 PWM
4、信号的功率无法满足该要求，因而需要借助专门的、高采样速度的驱动芯片。应用该种芯片之后，电路设计则能够进行适当的简化，同时也可以通过快速有效处理各种复杂算法的方式来实现对电源开关的有效控制。然而需要说明的是，DSP 芯片的采购成本较高，并且芯片内部结构相对复杂，要求设计可调控电源开关的设计者具备较高的专业能力，因此就目前的情况来看，DSP 芯片很难得到大规模的应用。其次，利用单片机实现对可调控电源开关的间接控制。其具体作用原理是，借助于外接的 A-D 转换芯片单片机完成信号采样工作，而后单片机对获得的信号进行处理和运算，然后借助于 D-A 转换芯3片将经过处理和运算获得的数据结果传输给 PWM
5、芯片，PWM 芯片借助专门驱动芯片实现对开关的驱动，最终实现单片机对电源开关的间接控制。基于单片机的可调控电源开关的优点便是制造成本低，并且不需要单片机具备很高的性能水平；但是该种设计方式的缺点也是显而易见的，即电路设计相对复杂，单片机如果想要控制开关，需要经过 A-D 转换芯片和 D-A 转换芯片的工作，因此信号延迟必可避免，电源的动态性能、稳住精度则会受到比较严重的影响。另外，还需要说明的是，常见的单片机的时钟频率相对较低，因而输出信号的频率和精度一般无法满足频率要求和精度要求。 2.2 数字控制技术应用于可调控电源开关的难点 采用数字控制技术的可调控电源开关具有较多的优势，但是在实际的设
6、计过程中，必然要攻克下述难点，即 A-D 转换芯片的转换速度与转换精度呈反比关系。一般而言，我们为了将电源开关控制在一个相对较高的稳压精度范围内，便需要提高 A-D 转换芯片的采样精度，但是采样精度越高则 A-D 转换芯片对其进行转换所需要的时间便越长；而 A-D 转换芯片是反馈环路当中非常重要的一个环节，因此，A-D 转换芯片的转换时间越长则时间延迟的问题便越严重；最终降低了回路的响应速度。为了提高回路的响应能力，需要将 PI 调节引入进控制网络当中，但是这种方法需要系统分出较大的资源供其使用。采用数字控制技术的数据信号采样是离散的而非连续的，这必然导致前后两次信号采样出现一定的时间间隔；因
7、为我们不可能精确控制前后两次信号采样时间间隔的值，因此，为了确保采样精度，必须要尽可能地缩短前后两次信号采样的时间4间隔，即尽可能提高采样频率。然而如果采样频率相对较高，则需要耗费大量的系统资源，要求数字处理芯片具有较高的处理能力。DSP 芯片可以作为专门的数字处理芯片，但是 DSP 芯片成本较高，因此比较适合用于高要求、高标准的场所。 3. 基于数字控制技术的可调控电源开关设计方案分析 3.1 电源控制技术 随着数字芯片和电源技术的发展，现在出现了为电源控制而开发出来的控制处理器，它不同于数字芯片的中央处理器。控制处理器主要由高速 A-D 转换器、数字 PID 补偿器和数字 PWM 输出三部
8、分组成。 3.2 保护电路设计 保护电路是先通过前馈采样输入电压，再通过采样电路采集的输出电压以及电流，将采样值送到 DSP 芯片中，由软件实现。使用数字控制的优势是可以用灵活的软件程序来代替复杂的硬件保护电路。程序中有可屏蔽中断和不可屏蔽中断两种方式。其中，不可屏蔽中断通常针对程序或系统配置的错误，在任何情况下监测到此中断时，程序都会使输出禁止，以保护电路及器件。可屏蔽中断通常针对程序运行中的过流、过压、欠压等情况进行处理，目的是保证对系统的指标要求，如：输出电压不得低于要求的 5等，此种中断一般不会使程序终止，而是用算法处理，使指标恢复。 3.3 采样电路设计 一般的电压采样电路是由电阻和
9、功率放大器组成，由两个电阻分压，5再经过一个功率放大器将增量放大。本设计也将采用这种方法，但是因为功率放大功能可以用软件在程序里实现。电阻分压后不需要再用功率放大器。 3.4 输入电路设计 输入部分设计主要包括整流器滤波器以及输入滤波电容的设计。输入整流，滤波电路通常由启动浪涌电流限制器、EMI 滤波器、整流器和输入滤波电容组成。选择输入整流器，通常采用桥式二极管整流。主要参数：正向平均电流，直流击穿电压，浪涌电流，预期的耗散功率。在电路启动时，浪涌电流可能会高于正常工作时输入电流的 10 倍。因此，一般在电源的输入端接个热敏电阻，以保护整流器。 4. 结束语 本文简单分析了数字控制技术应用于
10、可调控电源开关的方法和难点，让人们对于该种设计方案有一个整体性了解；而后给出了基于数字控制技术的可调控电源开关设计方案，该方案的可行性经过仿真以及后续的电路调试得到了证明。在可预见的将来，基于数字控制技术的可调控电源开关必然会得到快速发展和广泛应用。 参考文献： 1 吴江. 基于 UCC3895 的新型通信 AC-DC 变换器的设计J. 安徽电子信息职业技术学院学报，2008，(02)：142-143. 2 张吉亮. 谐振技术的应用研究J. 安徽电子信息职业技术学院6学报，2010，(02)：155-156. 3 袁一鸣，江明. 基于 TMS320LF2407A 的电力逆变器研制J. 安徽工程科技学院学报（自然科学版） ，2008，(03)：58-59. 4 普平贵. 光伏控制器新型充电管理模式研究 J. 阳光能源，2011，(04)：89-91. 5 蔡昌友，张娜. 非连续电流模式移相并联降压变换器的特性J. 辽宁科技大学学报，2010，(02)：168-169. 6 王康模，陈长缨，于志刚，刘兴华，刘小冲，赵俊. 太阳电池的负载匹配理论与负载变换技术J. 半导体光电，2009，(02)：39-40.
