解正坤，何汶華，王鵬，劉偉明

（廣州市增城勁輝五金塑料廠，廣東 廣州 511365）

帶外部運(yùn)算反饋的數(shù)顯觸屏可調(diào)開關(guān)電源設(shè)計(jì)

解正坤，何汶華，王鵬，劉偉明

（廣州市增城勁輝五金塑料廠，廣東 廣州 511365）

為了獲得一種功率足夠大而且可以編程的直流電源來滿足生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)和機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)的各種要求，本文設(shè)計(jì)了一種觸摸屏控制的精密數(shù)控電源，其特點(diǎn)是除了MCU控制單元進(jìn)行電壓的PID閉環(huán)調(diào)節(jié)以外，開關(guān)電路本身也設(shè)計(jì)了外部運(yùn)放進(jìn)行運(yùn)算反饋，雙閉環(huán)的電源精度更高，更加可靠。

數(shù)控可調(diào)開關(guān)電源；運(yùn)算反饋；PID控制；STM32

1 概述

連續(xù)可調(diào)精密直流電源在儀器設(shè)備研發(fā)和生產(chǎn)實(shí)踐中都被廣泛用到，一般要求電壓源的電流要夠大（適用各種負(fù)載），電壓精確度高，可操作性要好，這樣就可以在各種電路實(shí)驗(yàn)中使用?；谶@些要求，我們開發(fā)了一款數(shù)顯觸摸大功率精密數(shù)控電源，其中電流可以達(dá)到10A，電壓0～48V可調(diào)，最大輸出功率約500W，電壓控制精度可達(dá)0．1V；該數(shù)控電源還可以進(jìn)行時(shí)間曲線編程，使電壓在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)按照線性逐漸下降或逐漸上升，極大的方便某些特殊場合應(yīng)用。

2 系統(tǒng)架構(gòu)

圖1

如圖1，開關(guān)電源的主控芯片為SG3525是一款非常強(qiáng)大的多功能電源控制IC,為了提高電壓控制的精度和效率，外部電壓經(jīng)分壓后經(jīng)外部運(yùn)放進(jìn)行計(jì)算發(fā)出實(shí)時(shí)調(diào)壓信號(hào)給SG3525的9號(hào)引腳，通過這樣的組合更好的發(fā)揮了SG3525的性能；顯示屏采用國內(nèi)知名品牌的串口觸摸屏，既可以使用TTL電平通訊，也可以使用標(biāo)準(zhǔn)RS232通訊，使用方便可靠；中央控制單元采用STM32F103RT6作為MCU。

3 數(shù)控開關(guān)電源設(shè)計(jì)

電源設(shè)計(jì)為0～48V，最大電流10A，輸出功率最大可達(dá)500W，采用半橋式變壓器開關(guān)電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)；采用SG3525作為開關(guān)電源主控芯片和驅(qū)動(dòng)波形發(fā)生器，SG3525使用簡單、功能強(qiáng)大，只要配置好外圍電路就可以根據(jù)需要產(chǎn)生PWM控制信號(hào)，同時(shí)還能限制最大占空比；使用SG3525最大的好處就是可以利用它的9號(hào)引腳作為反饋端來調(diào)節(jié)開關(guān)電源電壓的輸出，程控特性非常好，我們?cè)陔娐吩O(shè)計(jì)了一個(gè)專門用來反饋的運(yùn)放如圖2。

圖2

數(shù)控電壓控制：圖2中，24V輸出經(jīng)過R15、R16分壓48×5．6/(75+5．6)=3．33V進(jìn)入運(yùn)放LM358反相端，而運(yùn)放的同相端是主控器MCU給定，運(yùn)放本身有高效的反饋能力和運(yùn)算能力，組成的反相運(yùn)算器將運(yùn)算信號(hào)給定到SG3525的9號(hào)引腳，這樣做比直接由MCU給定電壓到SG3525的9號(hào)引腳效果要好很多。

SG3525工作頻率：foc=1/(0．67RT + 1．3RD )CT =1/(0．67×100Ω+1．3×100K)×2．22nF≈33kHz全橋驅(qū)動(dòng)電路（圖3）：半橋驅(qū)動(dòng)采用兩對(duì)三極管和變壓器進(jìn)行組合驅(qū)動(dòng)，這種方式比單純使用驅(qū)動(dòng)芯片更加靈活，可靠性很高，每一個(gè)三極管集電極和發(fā)射極都反并聯(lián)一個(gè)二極管進(jìn)行保護(hù)，驅(qū)動(dòng)變壓器采用標(biāo)準(zhǔn)的三個(gè)繞組，匝數(shù)比為20：20：20；采用W20NB50 MOSFET管進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，W20NB50工作電壓最高500V,電流20A，而且開關(guān)和通斷參數(shù)非常好，Trun-on Time 最大才43ns，Cross-over Time最大才63nm，根據(jù)前面的計(jì)算SG3525驅(qū)動(dòng)波形設(shè)計(jì)33kHZ，完全沒有問題，開關(guān)管特性非常良好。

圖3

4 PID控制及主函數(shù)

中央處理器測量電源模塊的輸出電壓經(jīng)過隔離后進(jìn)入MCU進(jìn)行PID運(yùn)算，以此發(fā)出D/A模擬量信號(hào)對(duì)開關(guān)電源模塊進(jìn)行信號(hào)調(diào)節(jié)，D/A模擬信號(hào)的電壓給定范圍為0～3．3V;反饋電壓范圍經(jīng)過分壓隔離后范圍為0～3V，主函數(shù)如下：

int main(void)

{

qsize size = 0;

static u16 delay_PID,delay_Alarm,delay_Film,delay_ STOP=0;

BSP_Init(); //初始化所有的外設(shè)

delay_init(); //延時(shí)函數(shù)初始化

N V I C_P r i o r i t y G r o u p C o n f i g(N V I C_ PriorityGroup_2); //設(shè)置NVIC中斷分組2:2位搶占優(yōu)先級(jí)，2位響應(yīng)優(yōu)先級(jí)

UartInit(115200); //串口初始化為115200

/*清空串口接收緩沖區(qū)*/

queue_reset(); //串口隊(duì)列數(shù)據(jù)清空

ADC_Config();

DAC_Config();

while(1)

{

size = queue_find_cmd(cmd_ buffer,CMD_MAX_SIZE); //從緩沖區(qū)中獲取一條指令

if(size＞0) /接收到指令

{

ProcessMessage((PCTRL_MSG)cmd_ buffer, size); //指令處理

}

DisplayVoltage();

PID_Voltage(); } }

其余函數(shù)：略。電壓0～48V可調(diào)，最大電流可達(dá)20A，精度可以達(dá)到0．1V。產(chǎn)生可編程線性變化如圖4。

圖4

TN86

A

1671-0711（2017）09（上）-0156-02