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(多图) 基于ARM的智能数字开关电源设计

现代电子技术 吴琼 彭保进?? 2010年08月24日 ?? 收藏0

  2.2 推挽式直流变换器及滤波器的设计

  由于电源的输出功率小于200 W,采用推挽式直流变换器可以满足此要求。如图6所示,S1和S2是IGBT,它们交替导通,每个开关导通比为50%,S1,S2导通分别由PWM2,PWM3控制,PWM2,PWM3是ARM给出的控制信号。S1,S2的作用是在高频变压器T的初级产生对称的交变方波,当S2导通(S1截止)时,T的磁芯中磁通上升,当S1导通(S2截止)时,T的磁芯磁通下降。在次级产生一个变电压,经D1,D2整流后,便得到直流的输出电压U02,在理想状态下公式分别为变压器的初级和次级绕线的匝数。因为与01相连的初级绕组上的电压反射到初级绕组的另一半上,所以S1或S2在不导通时,两端的电压为2U01所以IGBT耐压要大于2U01,即IGBT的耐压大于400 V。

推挽式直流变换器

  在高频上,变压器通常采用导磁较高的铁氧体磁芯或铍莫合金铁芯等磁性材料,其目的是为了获得大的励磁电感,减小磁路中的功率损耗,使之能以最小的损耗和失真传输具有宽频带的脉冲能量。本文采用PQ型铁氧体磁芯,内芯为圆柱,绕线方便同时也便于绕成蜂房式线圈以减小分布电容,且没有棱角,高压时不易打火击穿,次级边的匝数不超过2000圈,初、次级的匝数比为1:12。

  由于高压变压器的匝数多,初次级之间的耦合度较强,且寄生电容大,它的输出波形接不连续,波形如图7所示。因此输出的电压要有滤波器,才能得到比较稳定的电压。滤波器的设计如图6所示,电容耐压3 kV,容量为470 pF。

波形图

  3 ARM控制系统及其软件实现功能

  该系统采用的ARM是SAMSUNG公司的SC344BOX芯片,是一款低价格、高性能的ARM芯片,拥有出色的外设模块,适用于工业控制、生物识别、多媒体监控、网络流媒体和智能电器等。其主要特点有:

  (1)ARM7TDMI内核,支持Thumb(16位)/ARM(32位)双指令集,能很好的兼容8位/16位器件;带有8 KB高速缓存器,主频可达66 MHz;

  (2)LCD控制器,可以支持256色STN,且LCD有专用DMA;

  (3)5个PWM定时器,1通道内部定时器;

  (4)16位看门狗定时器;

  (5)8通道10位ADC;

  (6)71个通用I/O口,8通道外部中断源。

  采用SC344BOX所设计的系统,几乎所有的指令都可以在20 ns内完成,配合强大的指令运算功能,很容易实现各种控制算法及高速采样,为了减小系统的静差,采用了闭环来实现对整个系统的控制。

  该电源系统中ARM的主要功能及软件实现如下:

  ①产生PWM波。PWMl用于对BUCK电路中的IGBT的驱动。根据输出采样,设定和调整定时器中周期寄存器的值和比较寄存器中的值来改变输出PWMl波的周其期和脉冲宽度。PWM2,PWM3设定周期为50 kHz的彼此交互的方波。

  ②实时采样。采用SC34480X中集成的8路10位的ADC转换电路实现电压、电流实时采样,每一通道的最小转换时间为500ns,通过采样模块MAXl22,将采样信号转换为2407的ADC所需的O~3.3V电平,在1个开关周期中,将采样80次(开关频率为50kHz),采样后,通过软件编程调整驱动BUCK中电路中的IGBT管的PWMl波形,达到稳压的目的,同时当输出电压、电流过高或欠压时,ARM调用相应的子程序来处理突发事件,起到保护作用。

  ③软件编程时设置看门狗电路防止死机。

  4 结语

  本文在上述分析的基础上,设计出一台基于ARM智能数字控制技术的开关电源。电源的指标满足性能要求:输出电压连续可调、纹波系数低于0.5%、输出电压稳定度小于O.3%。该电源现已投入使用,运行良好。


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ARM? 开关电源? SC344BOX?

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