陳　燕

江蘇省張家港中等專業(yè)學(xué)校，江蘇　張家港　215600

?

單片機(jī)在可調(diào)直流斬波穩(wěn)壓電源中的應(yīng)用研究

陳燕

江蘇省張家港中等專業(yè)學(xué)校，江蘇張家港215600

摘要：隨著電網(wǎng)建設(shè)步伐的加快，對(duì)直流穩(wěn)壓電源也提出更高的要求。以當(dāng)前可調(diào)直流斬波穩(wěn)壓電源為例，其強(qiáng)調(diào)將單片機(jī)控制技術(shù)引入其中，達(dá)到可調(diào)直流穩(wěn)壓的效果。但如何是單片機(jī)應(yīng)用中發(fā)揮其應(yīng)有的效果，仍是困擾穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)的主要難題。本文從直流穩(wěn)壓電源中單片機(jī)運(yùn)用角度出發(fā)，對(duì)系統(tǒng)總體架構(gòu)、控制電路與相關(guān)軟件的設(shè)計(jì)進(jìn)行探析。

關(guān)鍵詞：斬波電路；直流穩(wěn)壓電源；單片機(jī)；系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在電子技術(shù)快速發(fā)展背景下，以往線性直流穩(wěn)壓電源逐漸將其故障率高、操作不便、可靠性差以及體積大等弊端展現(xiàn)出來(lái)，很難滿足當(dāng)前電子設(shè)備對(duì)電源的要求。在此背景下，便要求將單片機(jī)系統(tǒng)引入，使線性直流穩(wěn)壓電源弊病得以解決，將模塊化、抗干擾以及運(yùn)行效率等優(yōu)勢(shì)展現(xiàn)出來(lái)。因此，本文對(duì)斬波電路電源中單片機(jī)應(yīng)用研究，具有十分重要的意義。

一、系統(tǒng)總體架構(gòu)

本文在研究中主要考慮在電源設(shè)計(jì)中，將單片機(jī)系統(tǒng)作為核心，將AT89S52單片機(jī)控制系統(tǒng)、斬波電路引入。系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，主要從控制電路、主電路方面著手。其中控制電路在構(gòu)成上包括檢測(cè)保護(hù)電路、8297鍵盤顯示電路、ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換、IGBT驅(qū)動(dòng)、單片機(jī)系統(tǒng)以及控制電源等，而在主電路上將濾波電路、IGBT斬波電路以及整流濾波電路等囊括其中。為使整個(gè)架構(gòu)中控制電路、主電路設(shè)計(jì)較為合理，首先在主電路方面，考慮以三項(xiàng)橋不可控整流器作為整流濾波電路，其可利用直流替代三相交流電壓，在此基礎(chǔ)上通過(guò)電容濾波作用，使直流電壓得以形成。其次，在控制電路部分，邏輯控制器以AT89S52為主，且為滿足系統(tǒng)數(shù)據(jù)顯示與設(shè)定要求，考慮通使顯示電路、鍵盤形成人機(jī)交互。同時(shí)，系統(tǒng)實(shí)時(shí)電壓需在ADC0909模數(shù)轉(zhuǎn)化下，向單片機(jī)反饋并完成處理過(guò)程。而其中的檢測(cè)保護(hù)電路，主要負(fù)責(zé)對(duì)系統(tǒng)輸出電壓進(jìn)行控制，起到一定的保護(hù)作用。這樣整個(gè)系統(tǒng)架構(gòu)合理設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，便可達(dá)到電源性能提升的目標(biāo)。

二、控制電路設(shè)計(jì)思路

(一)系統(tǒng)核心部分設(shè)計(jì)

控制電路設(shè)計(jì)中，其核心部分可選擇單片機(jī)AT89S52，要求該核心部分能夠滿足PWM波的生成與輸出要求。該系統(tǒng)運(yùn)行中，可結(jié)合實(shí)際電壓需求，對(duì)PWM波占空比進(jìn)行調(diào)整，使整個(gè)驅(qū)動(dòng)電路選擇PWM作為輸入信號(hào)，在此基礎(chǔ)上完成輸出電壓調(diào)整過(guò)程。該部分操作結(jié)束后需利用ADC轉(zhuǎn)換電路使實(shí)際電壓被獲取，并結(jié)合系統(tǒng)反饋電壓值，使其與輸出電壓值對(duì)比，為占空比調(diào)整提供參考，可使輸出電壓更為合理。該單片機(jī)控制系統(tǒng)運(yùn)用下，也可使數(shù)據(jù)刷新、數(shù)據(jù)讀取得以實(shí)現(xiàn)。

(二)人機(jī)交互設(shè)計(jì)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，為滿足系統(tǒng)數(shù)據(jù)顯示與設(shè)定要求，應(yīng)在數(shù)碼管、鍵盤上進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，可將驅(qū)動(dòng)芯片8279引入，有利于數(shù)碼管、鍵盤的控制。這種8270芯片，在優(yōu)勢(shì)上主要表現(xiàn)為編程容易，可滿足自動(dòng)掃描要求，是顯示接口、可編程鍵盤中的重要芯片。由于該系統(tǒng)在數(shù)值上并不多，所以系統(tǒng)設(shè)計(jì)中數(shù)碼管選擇四個(gè)即可，且在鍵盤上選擇掃描式鍵盤。8279芯片應(yīng)用下，對(duì)于系統(tǒng)中的信息特征主要依托于A0進(jìn)行區(qū)分，如A0為1的情況下，將芯片狀態(tài)字的形式呈現(xiàn)出來(lái)，而在A0為0時(shí)，可直接讀出具體數(shù)據(jù)。由于該芯片將鍵盤數(shù)據(jù)、顯示數(shù)據(jù)兩個(gè)緩沖區(qū)引入其中，所以在數(shù)據(jù)顯示過(guò)程中，可直接在顯示緩沖區(qū)中寫入，便能滿足數(shù)據(jù)顯示要求。

(三)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路與驅(qū)動(dòng)電路

系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，考慮到轉(zhuǎn)換電路問(wèn)題，直接將A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片引入其中，其在具備CMOS組件功能的基礎(chǔ)上，設(shè)置8路模擬多路開關(guān)與A/D轉(zhuǎn)換器。以ADC0809轉(zhuǎn)換電路為例，其在構(gòu)成上主要以A/D轉(zhuǎn)換器、譯碼器、8路模擬開關(guān)以及三態(tài)輸出鎖存器等。其中多路開關(guān)設(shè)計(jì)中，可采取8個(gè)模擬通道形式，這樣模擬分量可達(dá)到分時(shí)輸入要求，這樣可在A/D轉(zhuǎn)換器作用下，完成模擬量轉(zhuǎn)換過(guò)程。而三態(tài)輸出鎖器應(yīng)用下，能夠?qū)D(zhuǎn)換后的數(shù)字量進(jìn)行存儲(chǔ)。需注意的是，假定OE處于低電平狀態(tài)，可判斷模擬量轉(zhuǎn)換工作處于運(yùn)行狀態(tài)，而在高電平狀態(tài)下，說(shuō)明轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)被鎖存器讀取。另外，在驅(qū)動(dòng)電路方面，本文主要考慮以EXB841驅(qū)動(dòng)模塊為主，其在優(yōu)勢(shì)上表現(xiàn)為過(guò)流保護(hù)能力強(qiáng)、反應(yīng)速度快以及隔離強(qiáng)度高等。其作為IGBT驅(qū)動(dòng)芯片，對(duì)于IGBT模塊為1200V/300A可取得明顯的效果。綜合來(lái)看，單片機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用中，驅(qū)動(dòng)電路與轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)是否合理，將直接決定系統(tǒng)整體性能。

三、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)研究

在明確控制電路、主電路設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，要求將模塊化設(shè)計(jì)方法引入，使系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)更為合理。該系統(tǒng)程序中，主要考慮做好看門狗模塊、PWM脈寬調(diào)制模塊、按鍵處理、顯示模塊、電壓讀取以及初始化等模塊等設(shè)計(jì)工作。以其中看門狗模塊為例，設(shè)計(jì)過(guò)程中需從喂狗、初始化等子程序方面著手，可考慮以2S作為看門狗定時(shí)器標(biāo)準(zhǔn)，在該段時(shí)間中，若喂狗程序未能啟動(dòng)，將會(huì)有復(fù)位信號(hào)發(fā)出，使系統(tǒng)程序滿足復(fù)位要求。同時(shí)應(yīng)注意，當(dāng)系統(tǒng)開機(jī)后，應(yīng)對(duì)初始化子程序進(jìn)行調(diào)用，使系統(tǒng)被初始化，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行PWM占空比的計(jì)算，且通過(guò)定時(shí)器作用，將PWM波生成，最后完成信號(hào)輸出。其中的定時(shí)器通常也會(huì)將10MS中斷生成，該中斷程序能夠?qū)﹄妷哼M(jìn)行讀取，并將設(shè)定的電壓與讀取的電壓做好比較，得出電壓誤差，這樣便可根據(jù)電壓誤差對(duì)PWM波占空比進(jìn)行調(diào)整，最后將接近于設(shè)定值的電壓值利用數(shù)碼管顯示出來(lái)。

此外，系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)中，也要求在PWM波調(diào)制程序上做好設(shè)計(jì)，該程序設(shè)計(jì)質(zhì)量對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性可能帶來(lái)較為明顯的影響。實(shí)際生成調(diào)制程序中，需在兩個(gè)定時(shí)器中斷下實(shí)現(xiàn)，兩個(gè)定時(shí)器分別對(duì)PWM波占空比、PWM波周期進(jìn)行控制。這樣僅需做好定時(shí)器定時(shí)時(shí)間的調(diào)整，便可滿足PWM波形占空比調(diào)整要求。完成調(diào)制程序設(shè)計(jì)后，便可采取系統(tǒng)調(diào)試操作，若輸出電壓保持可靠、穩(wěn)定，且人機(jī)交互得以實(shí)現(xiàn)，說(shuō)明系統(tǒng)綜合性能較高。

四、結(jié)論

單片機(jī)控制技術(shù)的應(yīng)用是當(dāng)前可調(diào)直流斬波穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)的關(guān)鍵保障。實(shí)際引入單片機(jī)控制技術(shù)中，應(yīng)正確認(rèn)識(shí)單片機(jī)系統(tǒng)的基本原理與直流電源設(shè)計(jì)中的問(wèn)題，在此基礎(chǔ)上明確系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)思路，保證控制電路、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)較為合理，包括驅(qū)動(dòng)電路、轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)以及模塊化設(shè)計(jì)與調(diào)制程序的設(shè)計(jì)等，這樣才可使整個(gè)系統(tǒng)滿足直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)要求。

中圖分類號(hào)：TM44；TP368.12

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1006-0049-(2016)08-0210-01