帶外部運算反饋的數顯觸屏可調開關電源設計

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）

帶外部運算反饋的數顯觸屏可調開關電源設計

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實驗和機電產品開發的各種要求，本文設計了一種觸摸屏控制的精密數控電源，其特點是除了MCU控制單元進行電壓的PID閉環調節以外，開關電路本身也設計了外部運放進行運算反饋，雙閉環的電源精度更高，更加可靠。

數控可調開關電源；運算反饋；PID控制；STM32

1 概述

連續可調精密直流電源在儀器設備研發和生產實踐中都被廣泛用到，一般要求電壓源的電流要夠大（適用各種負載），電壓精確度高，可操作性要好，這樣就可以在各種電路實驗中使用。基于這些要求，我們開發了一款數顯觸摸大功率精密數控電源，其中電流可以達到10A，電壓0～48V可調，最大輸出功率約500W，電壓控制精度可達0．1V；該數控電源還可以進行時間曲線編程，使電壓在設定的時間內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用。

2 系統架構

圖1

如圖1，開關電源的主控芯片為SG3525是一款非常強大的多功能電源控制IC,為了提高電壓控制的精度和效率，外部電壓經分壓后經外部運放進行計算發出實時調壓信號給SG3525的9號引腳，通過這樣的組合更好的發揮了SG3525的性能；顯示屏采用國內知名品牌的串口觸摸屏，既可以使用TTL電平通訊，也可以使用標準RS232通訊，使用方便可靠；中央控制單元采用STM32F103RT6作為MCU。

3 數控開關電源設計

電源設計為0～48V，最大電流10A，輸出功率最大可達500W，采用半橋式變壓器開關電源拓撲結構進行設計；采用SG3525作為開關電源主控芯片和驅動波形發生器，SG3525使用簡單、功能強大，只要配置好外圍電路就可以根據需要產生PWM控制信號，同時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號引腳作為反饋端來調節開關電源電壓的輸出，程控特性非常好，我們在電路設計了一個專門用來反饋的運放如圖2。

圖2

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

SG3525工作頻率：foc=1/(0．67RT + 1．3RD )CT =1/(0．67×100Ω+1．3×100K)×2．22nF≈33kHz全橋驅動電路（圖3）：半橋驅動采用兩對三極管和變壓器進行組合驅動，這種方式比單純使用驅動芯片更加靈活，可靠性很高，每一個三極管集電極和發射極都反并聯一個二極管進行保護，驅動變壓器采用標準的三個繞組，匝數比為20：20：20；采用W20NB50 MOSFET管進行驅動，W20NB50工作電壓最高500V,電流20A，而且開關和通斷參數非常好，Trun-on Time 最大才43ns，Cross-over Time最大才63nm，根據前面的計算SG3525驅動波形設計33kHZ，完全沒有問題，開關管特性非常良好。

圖3

4 PID控制及主函數

中央處理器測量電源模塊的輸出電壓經過隔離后進入MCU進行PID運算，以此發出D/A模擬量信號對開關電源模塊進行信號調節，D/A模擬信號的電壓給定范圍為0～3．3V;反饋電壓范圍經過分壓隔離后范圍為0～3V，主函數如下：

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

delay_init(); //延時函數初始化

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); //設置NVIC中斷分組2:2位搶占優先級，2位響應優先級

UartInit(115200); //串口初始化為115200

/*清空串口接收緩沖區*/

queue_reset(); //串口隊列數據清空

ADC_Config();

DAC_Config();

while(1)

{

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

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：略。電壓0～48V可調，最大電流可達20A，精度可以達到0．1V。產生可編程線性變化如圖4。

圖4

TN86

A

1671-0711（2017）09（上）-0156-02