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(diǎn)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(yùn)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：

　?、佼a(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。

　?、圮浖幊虝r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(yùn)行良好。