一种数字可调的升压型开关电源的设计与实现

1、一种数字可调的升压型开关电源的设计与实现近年来，数字化在电源领域得到广泛应用，许多设备要求电源具有多档级。因此，这里提出了一种利用数字控制、可调的设计计划，实现电压步进调节，并具有宽电压输入、稳压输出功能。2 设计计划计划系统设计框图1所示，输入为220 v，50 hz沟通电压，经电压变换，整流滤波后得到18 v的直流电压，送入boost，经滤波输出直流。与组成的数字控制模块输出脉宽调制信号()，由按键控制转变pwm占空比，从而控制boost电路的输出电压。该输出电压可在30"36 v范围内步进调整，实现多路电压输出。最大输出高达2 a。输出电压经maxl97 a/d采样，送至控制模

2、块，通过pid算法计算调节下一次传送的控制信号，形成反馈回路，实现宽电压输入，稳压输出的功能。3 硬件电路设计31 硬件系统硬件电路2所示。沟通电压经转换，其幅值按一定比例降低。降低的沟通电压经扁桥式整流电路整流为18 v直流，经2 200f滤波后进入主转换电路与boost电路。在boost转换电路中，增强和缓冲汲取电路，减小过压或过流引起的损耗。因为电源功率较小，则采纳rc汲取电路。当过流、过压产生时，电流通过以热能的形式将能量散发出去，降低对mosfet的影响，减小其损耗，延伸用法寿命。按照多次实验，庇护汲取电路的电阻应取k级，电容取nf级。直流信号再经低通滤除纹波，驱动负载。32 主要功

3、能电路原理硬件电路部分的主要电路是boost电路，它由功率开关管vt、储能l、续流二极管vd和滤波电容c组成。开关管按一定频率工作，转换周期为t，导通时光为ton，截止时光为toff，占空比d=ton/t。其工作原理为：当vt导通时，电感l储能，vd反偏截止，负载由电容c提供电能；vt截止时，l两端电压极性相反，vd正偏，同时为负载和滤波电容c提供能量。由储能电感l导通和截止期间，电流变幻量相等可得，输出电压u0和输入电压u1之间关系为：u0/ui=1/(1一d) (1)33 器件选取按照理论计算，功率开关采纳晶体管即可满足要求，故系统采纳irf540型mos管，其vds=100 v，ids=

4、17 a。采纳mos管专用驱动器件ir2110完成驱动功能。ir2110是一款凹凸电平驱动器件，其规律输入电压只需33 v，输出电压最大可达20 v，驱动电流最大可达到2 a。其延迟时光为10ns，升高沿和下降沿时光分离为120 ns和94 11s。因为ir2110可同时驱动双mos管，因而系统只涉及一个mos管，故只用法一路驱动即可。因为一般二极管的反向复原时光过长，而肖特基整流管无电荷储存问题，可充实开关特性。其反向复原时光缩短到10 11s以内。但其反向耐压值较低，普通不超过100 v。因此肖特基二极管适用于低压、大电流状态下工作，并可利用其低压降提凹凸压、大电流整流(或续流)电路的效率

5、。34 重要参数的计算滤波电容的选取，可按照当开关管工作频率取f=40 khz时，设纹波电压约为3050 mv，则计算得到c数量级为1 000f。实际调试后取电容为2 200f。next储能电感的选取，可按照：设计过程中，设置纹波电流il=o4 a，计算得到l数量级为l mh，实际调试后取电感为079 mh。4 软件设计挑选cpld和51系列单片机组合设定数字控制和输出电压步进。用单片机控制囫囵系统。软件设计除设定初始电压值，还包含pid算法程序，以及调节pwm占空比。可编程规律器件cpld可挺直生成pwm波控制开关管驱动器。41 pwm波产生pwm波的产生采纳 hdl硬件描述语言在cpld中

6、实现。信号频率设定为40 khz，采纳dds方式步进频率可精确至1 hz。用法自带的工具生成pll器件，将外界晶体输入的频率倍频至100 mhz。由dds公式，可得：式中：k为累加系数；fin为输入频率；n为计数器位数。当键盘键入所需电压u0，单片机内转化为占空比dy=1一(uiu0)。累加器开头累加时输出高电平，当dy达到计数值时变为低电平，终于可得精确频率下占空比可调的pwm控制信号。42 pi控制算法为通过反馈调整控制信号实现稳压，系统软件设计中加入了pid控制算法，即单片机中将给定电压值与采样反馈电压值比较，利用偏差的比例、积分、微分线性组合调节pwm信号的占空比，进而达到稳压。常用的

7、pid算法形式为：式中：kp、ki、kd分离为比例系数、积分系数、微分系数；e(k)为偏差；u(k)为所需控制信号的调节值。该系统设计挑选pi算法(pid算法的一种容易形式)，即令kd为零，只考虑比例系数和积分系数。因此，系统稳压控制的优劣取决于参数kp、ki。kp 越大，系统反应越敏捷，但kp偏大会导致输出振荡大，调整时光延伸，所以应谨慎挑选。积分系数的运用可以消退系统的稳态误差，提高系统的控制精度。pi算法流程3所示。图3中引入了积分分别式算法，削减积分校正对控制系统动态性能的影响。即在控制开头阶段或电压值大幅度变幻时，取消积分校正；而当实际电压值与设定值的误差小于一定值时，复原积分校正作

8、用。积分分别式算法既保持积分作用，又减小超调量，充实控制系统的性能。经试验确定，可实现稳压功能。43 验证simulink是matlab提供的实现动态系统建仿照真的一个软件包。采纳powersystem库模型，将系统设计的仿真电路衔接4所示。脉冲产生器产生固定频率和占空比喻波，控制mos开关管。电流和电压测量器将模拟的电流和电压量化送至。仿真中器件参数按照实际设计选取：输入电压为 18 v，开关管的控制脉冲(pwm波)频率为40 khz，占空比60，电容取2 200f，电感为1 mh，电阻为18 。得到的电流电压波形图如5所示。通过仿真可看出，在不考虑损耗时电压可以升36 v以上，电流也可以达到24a；在实际电路中因存在损耗，通过调节占空比达到了输出电压3036 v步进