單片機在高頻DC-DC變換器中的應用

毛金秀 三亞長島光電特種設備有限公司

引言：隨著電力電子技術的飛速發展，各種變換器的應用變得日益廣泛。高頻DC-DC變換器是其中運用較廣的一種變頻器，由控制芯片、電容器、電感線圈、二極管、三極管等構成，主要將電源輸出的直流電壓等級轉換成另一種直流電壓等級，以滿足使用設備的所需直流電壓要求。

高頻DC-DC變換器相對于傳統工頻變換器而言，其體積、質量和占地面積都較小，性價比較高，將逐漸成為市場上的主流變換器。但是，高頻DC-DC變換器的控制芯片通常采用開關電源控制，存在電壓輸出不穩定、動態性能波動較大、能耗較大的缺點，難以滿足精密設備對穩定直流信號的需求。

為了解決上述問題，本文將論述單片機在高頻DC-DC變換器中的應用。單片機控制具有功耗低、體積小、控制功能強、環境適應性好、使用便捷等優點，能夠較好的控制高頻DC-DC變換器，保障其輸出電壓信號穩定可靠，滿足精密儀器的使用要求。

1 不同控制方法在高頻DC-DC變換器中的應用對比分析

高頻DC-DC變換器通常使用的控制方法有軟開關控制、DSP控制、單片機控制等，其控制原理主要有PID控制、模擬補償網絡控制、自適應控制、魯棒控制、模糊控制、神經網絡控制等。

高頻DC-DC變換器在轉換電壓信號時存在開關損耗量大、斷續工作時寄生振蕩等問題，使用軟開關控制能夠有效減小能源損耗，獲得較穩定的輸出電壓信號。但是，軟開關控制只能輸出單一電壓值，無法調節以滿足多種電壓值輸出的需求。

DSP控制是高頻DC-DC變換器中較常用的控制方法，能夠將模擬電壓信號轉換成易于控制的數字電壓信號，便于設備根據需求電壓精度自動調節輸出直流電壓的波動誤差，同時能夠實現高頻DC-DC變換器的雙向輸出。

單片機控制是高頻DC-DC變換器中的研究熱點之一，具有功耗低、控制功能強等優點。使用單片機控制后的高頻DC-DC變換器系統具有體積小、功率大、智能化程度高、輸出電壓可自動調節等優點，而且可對輸出電壓信號進行實時監控，提高精密設備的使用性能。

隨著高頻DC-DC變換器逐漸成為直流電源市場的主流變換器，各種新型控制工具與控制原理被不斷研究推廣，但其中比較熱門的是單片機控制方式。單片機控制下的高頻DC-DC變換器可根據實際需求自動調節所需輸出直流電壓值，且電壓信號的波動較小，能夠滿足絕大多數直流電壓輸入設備的需求。

2 單片機在高頻DC-DC變換器中的應用分析

2.1 單片機在高頻DC-DC變換器中的應用原理

STC系列單片機相比于傳統的C8051單片機，具有控制響應速度快、功耗低、抗干擾性強等優點。本文主要論述使用STC系列單片機對高頻DC-DC變換器進行控制，通過調節STC系列單片機輸出PWM信號的占空比，以控制光耦電路，并形成單片機閉環反饋控制回路，從而控制輸出電壓與電流信號保持恒定值。

在具體設計單片機控制方法時，單片機可采用PID原理對控制回路進行閉環反饋控制。首先，人員通過鍵盤直接輸入設備所需的穩定電壓預設值，然后高頻DC-DC變換器通過采樣電路把采集的電壓預設值傳給單片機的控制芯片，并通過數碼管或液晶顯示器直觀顯示出預設的電壓值。

單片機通過A/D采集模塊將采集到高頻DC-DC變換器輸入電壓信號與預設輸出電壓信號后，進行相關控制變量運算，同時進行PID控制調節，然后將PWM信號脈沖發送給高頻DC-DC變換器的電壓調節執行機構，進行輸出電壓調節，如此反復將檢測的輸出電壓信號閉環反饋到單片機控制回路中，保障最終輸出的直流電壓值穩定在預設值附近,從而實現單片機對高頻DC-DC變換器輸出電壓的高精度控制。

2.2 利用單片機對高頻DC-DC變換器進行控制的系統組成

利用單片機對高頻DC-DC變換器進行閉環反饋控制，保障其輸出電壓值穩定可靠，電壓信號振動幅度能夠滿足精密設備的使用要求。一套具體的單片機控制系統應包括單片機主控模塊、高頻DC-DC變換器模塊、A/D數據采集模塊、人機交互模塊、系統軟件模塊。

單片機主控模塊由主電路部分和控制電路部分組成。主電路部分主要將電源輸入到高頻DC-DC變換器的電壓信號進行LC濾波與橋式整流?？刂齐娐凡糠种饕蓡纹瑱CCPU、DC-DC變換器、數據采集電路、人機交互電路、顯示電路等組成，并將各種電路信號進行相關控制運算，以形成整體的反饋控制回路。

高頻DC-DC變換器模塊包含控制芯片、電感線圈、電容器、三極管、二極管等，主要將電源輸入電壓值調整為設備需求的穩定直流電壓值，以滿足直流供電設備的使用需求。

A/D數據采集模塊包含A/D信號轉換芯片，主要將DC-DC變換模塊中輸入與輸出的模擬電壓信號轉換成單片機可處理的數字電壓信號，便于單片機實現對高頻DC-DC變換器的閉環控制，并調節輸出電壓值的波動范圍。

人機交互模塊包含鍵盤、按鍵、鼠標、數碼管、液晶顯示器等，主要用于用戶通過鍵盤或按鍵向高頻DC-DC變換器輸入預設的穩定電壓值，同時通過數碼管或液晶顯示器直觀顯示出高頻DC-DC變換器輸出穩定電壓值的波動情況，便于用戶對高頻DC-DC變換器輸出電壓值進行實時監控。

系統軟件模塊主要包括設置輸出電壓模塊、檢查輸出電壓模塊、顯示輸出電壓模塊、監控模塊。用戶可通過控制系統軟件自主根據使用需求設置高頻DC-DC變換器的輸出電壓值，并設定電壓值的波動精度等級，以滿足精密設備的使用需求。同時，系統軟件可實時監測電壓信號的過壓沖擊、電流信號的過流沖擊、芯片溫度過高等故障問題，從而提高整體裝置的使用壽命。

3 結束語

隨著高頻DC-DC變換器不斷向高性能、高效率、高可靠性、高功率密度、低功耗、低成本方向發展，采用單片機對高頻DC-DC變換器進行閉環反饋控制，提高其輸出電壓值的穩定精度，從而保障其能夠為精密設備提供穩定直流電壓。本文中主要論述了單片機在高頻DC-DC變換器中的控制原理與控制系統組成，能夠為該方向的科研人員提供相關科研思路，以提高高頻DC-DC變換器的綜合性能。