基于80C196KC单片机的智能型开关电源研制
基于80C196KC的中波发射机智能控制系统
控制 板 三部 分组 成 。智能控 制 系统框 图如 图 １所示 。
作者简介 ：韩武建 河南省信 阳中波转 播台 副台长 工程师
一
２３ －
内蒙 古广 播 与电视 技术
第２ ９卷
１ １ Ｌ＿ 旧 姒
ｌ 板入Ｉ 面输
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功电控 ⅡＩ 上Ⅱ 率平制 １ ”Ｉ Ｉ ］ Ｉ
Ｃ Ｕ在控 制 系统 中对各 个 芯片的访 问。并从技 术 维护的 角度 ，分析 了硬件 电路 的控 制过程 ，以及发射机 开机 、 Ｐ
关机 、功 率控 制 逻辑 的控 制程 序 ， 出现故 障信 号 ，Ｃ ｕ的判断 处理过程 。 Ｐ
【 键 词 】 智 能 化 Ｃ Ｕ 访 问 关 Ｐ 控 制
展功 能 ，再 配 以液 晶显示 模块 ，各 种数据 显示 直观 ，
替
尤其 在故障 出现 时 ，能显 示故障 的 类型和 具体 故障 ，
极大的缩短 了判断时 间。智能 化控制 系统 工作原理 比
处理 的入射 功率 、反 射功 率 、功 放 电压 天线零 位 、
滤波 器 零位 和 发射 机 各 个部 分 的 工作状 态进 行 实时 监视 。同时它还是整 机的故障指示 器 。指示 了机器各
复位信号 经 Ｎ１反相后供给 。Ｃ ８ ＰＵ立 即寻址 于 Ｎｓ 在 ＲＯ 中的首地址 ０ ２ ０ ，并读取 Ｎ９ Ｍ Ｘ ００ 中系统 的初始 数 据 ，处 于 待 机 工 作 状 态 。 当发射机加 电上高压正常工作时 ，Ｃ ＰＵ高速运行 访 问外 围各芯片 、Ｌ Ｄ液 晶显示屏电路 。Ｃ Ｕ对 Ｎ６ Ｃ Ｐ 、 Ｎ７ 、Ｎ８ 、Ｎ９ Ｌｃ 液 晶显示屏 电路 的访 问控制是 及 Ｄ 通过 Ｎｌ 三八译码器）进行的。Ｎｌ芯片 （４ １ ８ ｏ（ ｏ ７ ＨＣ ３ ） 具有 ３ 个使能输入端 （ １ Ｅ 和 Ｅ ） 当 Ｅ＝ ２ ０ Ｅ＝１ Ｅ 、 ２ ３。 ｌ Ｅ＝ 、 ３ 时 ，译码器处于工 作状态 ，否则译码 器处于禁止工作 状态 ，所有输 出被封锁在高电平。Ｎｌ的输入端 Ａ、Ｂ、 ｏ Ｃ接受二进制编码 ，输 出端 Ｙ０ ～Ｙ７ 。工作时 ，对应于 Ａ、Ｂ、Ｃ端 的每一种二进制编码 ，输 出端 Ｙｏ 只 ～Ｙ 有一根线为低 电平 。ＣＰ 要访问各个芯片 则通过 Ｎ１ Ｕ 的 ４ ～４ 脚输 出的二进制编码分别送 到 Ｎｌ的 Ａ、Ｂ、 ６ ８ ｏ Ｃ端 ，进行片选 。凡是片选信 号为低 电平 芯片的则被 Ｃ Ｕ 选中 ，Ｃ Ｐ ＰＵ 可以对该 芯片进 行读 ／写操作 ，否
基于80C196KC设计的5kW高频通信电源整流及监控系统.
基于80C196KC设计的5kW高频通信电源整流及监控系统摘要:介绍一种以80C196KC为核心的通信电源监控系统及整流模块的实现方案，讨论了系统的硬件结构，软件设计及功能，并对系统的可*性及抗干扰措施进行了阐述。
智能化高频开关电源是一代新型直流电源装置，它具有高度灵活组合、自主监控的特点。
目前应用十分广泛，尤其在通信领域，因其具有体积小、噪音低、维护方便又可被纳入通信系统的计算机监控系统等优点，从而基本上取代了相控稳压电源。
本文阐述了一种5kW通信电源整流模块及其摘要:介绍一种以80C196KC为核心的通信电源监控系统及整流模块的实现方案，讨论了系统的硬件结构，软件设计及功能，并对系统的可*性及抗干扰措施进行了阐述。
智能化高频开关电源是一代新型直流电源装置，它具有高度灵活组合、自主监控的特点。
目前应用十分广泛，尤其在通信领域，因其具有体积小、噪音低、维护方便又可被纳入通信系统的计算机监控系统等优点，从而基本上取代了相控稳压电源。
本文阐述了一种5kW通信电源整流模块及其二级监控系统的实现方案，并给出了部分软件的流程图。
１系统硬件原理图１示出整个电源系统的原理框图。
系统中各功能模块都具有自己独立的监控功能，可完成对所监控模块的管理。
本文将主要讨论高频开关整流模块和主监控模块。
1.1 高频开关整流模块整流模块是一种智能化高频开关稳压模块，其原理框图见图2。
它采用无工频变压器的整流结构，主要由PWM控制器、逆变器、信号取样、单片机控制器及负载均流等部分组成。
其中逆变器采用IGBT构成的全桥逆变器。
PWM控制器采用移相式PWM控制器UC3875，它在单片机80C196KC的控制下，根据反馈的电压电流值与设定值的差，输出相移变化的PWM脉冲，经驱动、放大及整形后，控制逆变桥中IGBT的关断或导通，以改变输出电压的大小。
为了实现多机并联运行的目的，本系统采用了负载自动均流电路，其核心是Unitrode公司的UC3907负载均流控制器。
基于80C196KC的软开关型脉冲MIG焊机的研究
出 的控 制 指 令 。 驱 动 和放 大 后 ， 功 率 开 关 管 提 经 为
供 固定 频 率 为 ２ Ｈ ０ｋ ｚ的高 频 脉 冲 开 关 信 号 。在 峰 值 电流 期 间 ，采 样 实 际 输 出 的峰 值 电流 ，经 Ａ Ｄ ／ 转 换 后 送 入 单 片 机 与 给 定 的 峰 值 电流 进 行 比较 ， 单 片机 根据 两 者 间偏差 进行 离 散 Ｐ 运算 ， 到 １ Ｉ 得 个 控 制 参 量 。 用 该 控 制 参 量 实 时 调 整 ２ Ｈ 利 ０ｋ ｚ高 频 控 制 脉 冲 的宽 度 ，使 输 出 峰值 电流 与 给 定 峰 值 电
ａ ｌｕ ｅ ｐａ ／ａｅｒｔ ａ ｅａｊｓ ｄｓｐ ｒｔｙＴ ｓ ｈｗ ｔａ ｐｌ Ｇ ｐ ｗ ｒｓｕｃ ｕ ｓｓ ｂｙａｄｒｌ ｌ． ｍｐｉ ｄ ，ｅｋｂｓ ａｉ ｃｎｂ ｄｕｔ ｅ ａａ ｌ．ｅｔ ｓｏ ｔ ｕｓ ＭＩ ｏ ｅ ｏｒｅｒｎ ｔ ｌ ｎ ｅｉ ｙ ｔ ｏ ｅ ｅ ｓ ｈ ｅ ａ ｂ ａ
第４ ６卷 第 ３期
２１ ０ ２年 ３ 月
电 力 电子 技 术
Ｐ ｗ ｒＥ ｅ ｔ ｎ ｃ ｏ ｅ ｌ ｃｒ ｉｓ ｏ
Ｖｏ ．６．Ｎｏ３ １ ４ ．
Ｍａ ｃ ０ ２ ｒｈ２ １
基于 ８ Ｃ ９ Ｋ ０ １６ Ｃ的软开关型脉冲 ＭＩ Ｇ焊机的研究
陈 涛 ，陈克 选 ，李 述 辉
流 相 等 ； 基 值 电流 期 间 ， 用 同 样 的方 法 ， 输 在 采 使
能 够 实 现 射 滴 过 渡 、 轴 向性 好 ，适 用 于 全 位 置 焊 接 、 输 入 量 方 便 可 调 以及 焊 接 质 量 好 等 优 点 ， 热 受
到 国 内外 广 大焊 接 工 作 者 的关 注 。 软 开 关 技 术 采
基于80C196KC单片机的PWM控制器设计
计算下跳时间
装入 HSO 命令 允许中断
计算上跳时间
返回
保护现场 调 CAM 子程序
恢复现场 返回
发送数据
图 2 主程序流程
图 3 连续脉冲子程序的流程
设计从 HSO. 0 通道上输出连续脉冲。入口时，50H 中放 脉冲处“1”的电平的时间值(单位为 1.5 us)，52H 中放脉冲处于 “0”电平的时间值(单位为 1.5 us)。
2 系统软件设计
系统软件主要有系统主程序和中断服务程序及其它子程 序组成。主程序如图 2 所示，完成初始化工作，中断服务程序 主要由 HSO 中断，其它有从 HSO.0 口输出连续脉冲、A/D 转换 完成读取程序、键盘输入及显示子程序及用 P2.5 口产生的 PWM 波完成 D/A 转换程序，如图 3 所示。
主O 中断 服务程序
80C196KC、复位电路、外部程序存储器 27C64、键盘显示器及 其 LCD 液晶显示接口等组成。
(2)光电隔离及驱动电路：主要用于信号隔离及功率驱动， 对模拟信号而言，因为信号的变化慢，所以主要考虑的是隔离
的线性度。对 PWM 信号来说，其变化速度快，所以主要考虑 光电隔离的响应速度，如 6N136、137 等。对输出数字信号，如 定时信号、控制信号，要根据负载的功率需求，可以选用具有
写入占空比时间常数同时写入一条让高速输出口置低的命令写入周期时间常数的同时写入一条使高速输出口置高的命令发送数据返回键盘扫描计算上跳时间启动转换装入hso命令允许中断返回计算下跳时间调显示子程序恢复现场装入上跳时间cam子程序显示缓冲区初始化保护现场hso命令不允许中断设堆栈指针hso中断服务程序cam装入子程序主程序入口光电隔离pwm晶振和复位键盘lcd存储器27c64alep3p4achp080c196kcp25pwmhso27ls373光电隔离8155电压调节预处理触发终端的应用功能消息管理服务器如
80C196KC单片机在煤矿高压防爆开关综合保护中的应用
图1 硬件系统的总体结构
2）滤波电路采用RC无源低通滤波器作为前置模拟滤波(ALF)。
3）采样保持器通过80C196KC的HSO可以在不需CPU干预下
图2 主程序流程图
4.2 软件抗干扰措施
本系统利用结构化、功能化抗干扰程序模块，指令重复执行、数字滤波、程序陷阱法、程序运行监视器、整定值自检等方法进行软件的抗干扰。
5 应用效果及效益
本综合保护在五矿井下高压防爆开关上应用后，经过1年试运行，据统计：
一是操作人员能够在很短的时间内掌握高压开关的操作、故障的判断，与改造前相比工作效率提高30%以上；
二是高压开关的故障率显著降低，与改造前相比故障率降低了43%；
三是经测算矿每年可提高经济效益1 460多万元；
四是提高了安全系数，为矿井的安全生产提供了保障。
6 结束语。
基于单片机控制的开关电源及其设计
基于单片机控制的开关电源及其设计单片机控制的开关电源是一种高效率、高稳定性的电源系统，常用于电子设备中。
本文将介绍基于单片机控制的开关电源的原理、设计步骤以及相关注意事项。
一、原理1.1开关电源的工作原理开关电源的核心部分是一个开关管，它通过不断开闭来调整输出电压和电流。
当开关管关断时，电源输入端的电压会通过变压器产生瞬态电流，这个电流被蓄能电容器存储在电容中。
当开关管打开时，储存在电容中的能量被释放，通过滤波电感得到稳定的电压输出。
1.2单片机控制开关电源的工作原理在单片机控制的开关电源中，单片机通过控制开关管的开闭状态来调整输出电压和电流。
单片机能够实时监测电源的输入和输出情况，并根据设定的参数进行调整。
同时，单片机还可以实现一些保护功能，如过压、过流、过温等保护。
二、设计步骤2.1确定需求首先要确定开关电源的功率需求、输入电压范围和输出电压范围。
根据需求选择合适的开关管和变压器等元器件。
2.2定义控制策略根据开关电源的工作原理以及需求，确定单片机的控制策略。
可以采用PWM（脉宽调制）控制方法来控制开关管的开闭时间，以实现对输出电压的调节。
2.3确定单片机和外围电路选择合适的单片机控制器，并设计相应的外围电路，包括ADC（模拟数字转换）模块、PWM输出模块、电流传感器等。
2.4编写软件程序根据控制策略，编写单片机的控制程序，并完成软件的调试和优化。
2.5PCB设计与制造根据电路原理图设计PCB布局，并制造相关的电路板。
2.6装配与测试完成PCB板的焊接与装配，进行电源的测试和调试。
三、注意事项3.1安全性开关电源具有高电压、高电流的特点，因此在设计和使用过程中要注意安全性。
应采用合适的绝缘措施，保证电源与其他电路之间的隔离。
3.2效率和稳定性开关电源的效率和稳定性是设计过程中需要考虑的重要因素。
应合理选择元器件，控制开关管的导通和关断时间，以提高电源的效率和稳定性。
3.3EMC（电磁兼容）设计开关电源由于工作频率较高，容易产生电磁干扰。
基于80C196MC的逆变电源设计
本系统采用整流桥不可控整流 ．无源滤波，用电解电容ｃ对整流 ． 输 出高压侧 电压进行平滑滤波 ，减小直流电压中的交流成分 。为了减 小电解的等效串联 阻抗的影响，再在 电解电容两端并联了—个高频无 极性 电容Ｃ。歼关管关断或者开通时 ，因为回路分布电感和变压器漏 感的作用 ，在它两端或在与之同处一桥臂上的另一只开关管两端会产 生电压尖峰。若不采取措施 ， 有时这个电压尖峰叠加原来的 电源电压
维普资讯
— ． 技 ２ ０年第 期 ＝ 科 ０６ ６
技 术 研 发
基 于８ ９ １ ＭＣ的逆 变 电源 设 计 ０ ６ Ｃ
张 宇峰
（ 东 交 通 大学 电 气 与 电 子 工 程学 院 ） 华
摘 要 本 文 介 绍 了 单 相 全 桥 式 逆 变 的 ４Ｐ ｒ ＨＺ中 顿 电 源 主 电路 设 计 以 及 基 于 ８ｔ ９ ＭＣ Ｏ Ｉ Ｃ１６ ８Ｃ１６ ０ ９ ＭＣ芯 片 的特 点 以及 由此 可 实现 的 电源 稳 压 模 式 或 者 限 流 模 式
１ 全桥式主 电路设计
ｆ 低于 １０ 或 者高于２０ ７Ｖ ７Ｖ）或者 系统 出现 故障时 ，用此继 电器切 断交流输入 、保护电源 ， 反馈 电压 电流检测的结果将决定电源的工作模式是稳压模式还 是限流模式 。当输出端负载在额定值以内时 ． 逆变 电源工作于稳压 模式 ，输 出电压稳定在额定值 。过载时 ，限流工作模式能通过降低 输出电压将输 出电流限定在给定值上 ，以确保电源 安全 ，当过载状 态解除 后，系统还能从限流模式恢复到稳压 模式 。两种工作模式都 是通过 平均值Ｐ 比例积分 ） 节器 实现的 逆变 电源的输 出电 Ｉ ｆ 调 压 、电流经霍 尔采样 ，再经过检测放大电路反馈至 电压 、电流平均 值Ｐ调节器 ．与各 自 定值 进行比较 。而后调节Ｓ ＷＭ调制环节中 Ｉ 给 Ｐ 正弦调制波的幅值 （ 即调制比 ），从而达 到稳定输 出电压或限电流
基于80C196KC单片机的便携式家庭心电血压监护仪的研制
N 检测判病
显示报警
N
有按键?
Y 通讯子程 存储子程
血压子程
置停搏位
心律失常分析
ห้องสมุดไป่ตู้
异常?
N
Y 置相应标志位
阈值更新
返回
图 2 系统软件流程图
考虑到单片机对处理心电算法的实时性、特殊 性以及降低算法复杂性的要求 ( 即在采样时间内完 成心电监护算法) , 在程序的编写上首先对一阶差 分值进行比较计算, 如果有连续三点的差分值均大 于第一 个阈值 Rthold1, 则认为 检测到 QRS 波群, 把最后这个点定位为 R 波的起点, 并引入 第二个 阈值 Rthold2, 在找到一个或两个大于第一个 阈值 的点后, 在此点之后小于 200ms 的范围内, 如有幅 度大于 Rthold2 的点, 则认为该点可能为 R 波峰值 区域内的点, 如果有连续三点都判定为这样的点, 则最后一点定为 R 波峰值点。
我们研制开发的心电 血压 监护仪, 配有一套 ECG 实时自动分析软件, 并具有以下功能:
1 能实时采集心电数据, 分析并 连续显示心 电波形;
2 能自动 鉴别 6 种常见心律失常并 报警, 能
272
北京生物医学工程
第 20 卷
够显示实时心率 ( HR) 和早搏的累积数; 3 记录异常心电的发生 时间并存储, 必 要时
图 1 系统硬件示意图
系统配有由 8279 芯片控制的薄膜键盘, 显示 采用点阵型内藏控制器式液晶显示模块。通讯采用 美国 Rockwell 公司生产的以调制解调芯片为核心的 Socket Modem, 实现数据传输。考虑到心律 失常时 病人的即时血压数据对医生诊断有辅助治疗作用, 系统扩展有血压参 数输入接口。80C196 需要 外接 程序存储器, 配置有 EPROM 和 RAM 及可以存储 8 小时心电数据的闪速存储器 3 片共 6M ( 2Mbyte 3 = 6M ) Byte, 闪 速 存 储 器 采 用 Intel 公 司 的 28F016S5。每片芯片容量为 16M 位 ( 2M byte) 。仪 器的电 源部分有两种供 电方式: 一种是用 AC-DC 提供 5V 直流电源, 另一种是 DC- DC, 用干电池提 供 5V 直流供电。电路中 5V 转换到- 16V 的电路供 液晶显示用, 5V 转换到- 5V 的电路供运放用, 还 有报警用的蜂鸣器及电平开关。
基于 80C196KC 开关磁阻发电机控制系统的设计
基于 80C196KC 开关磁阻发电机控制系统的设计李华柏;黄杰【摘要】分析了开关磁阻发电机的发电机理,设计了一套基于80C196KC的数模混合控制系统,系统采用角度位置控制方式,实行电流内环﹑电压外环双闭环控制.仿真研究表明,该控制系统能实现在宽广速度范围内实现高效发电的目标,当负载发生突变时发电机具有良好的动态特性,缺相故障运行时,具有较好的容错运行能力.【期刊名称】《湖南工程学院学报（自然科学版）》【年(卷),期】2010(020)002【总页数】5页(P9-12,34)【关键词】开关磁阻发电机;角度位置控制;双闭环控制;数模混合控制系统【作者】李华柏;黄杰【作者单位】湖南铁道职业技术学院,轨道交通系,株洲,412008;湖南铁道职业技术学院,轨道交通系,株洲,412008【正文语种】中文【中图分类】TM3520 引言开关磁阻电机是典型的机电一体化系统,它继承了磁阻电机结构简单、坚固耐用的优点,又在高度发展的电力电子和微机控制技术的支持下获得了良好的可控性,因此,它在驱动调速领域已得到了广泛的应用[2].发电运行与电动运行作为开关磁阻电机的两种不同的运行状态有着对称性,研究表明,开关磁阻电机发电运行时也具有许多独特的特性与优点,目前在发电领域已受到了越来越多的重视.本文在分析三相 6/4结构开关磁阻发电机(Switched Reluctance Generator,以下简称SRG)工作原理的基础上,设计了一套基于MCS80C196KC单片机的数模混合控制系统.1 SRG结构及工作原理SRG主要由磁阻电机、功率变换器、控制器及检测电路四个主要部分构成.双凸极磁阻电机是整个SRG系统机电能量转换的部件,它的定子与转子都是凸极结构;功率变换器(图中仅画出功率变换器的一相)是连接电源和电动机绕组的开关部件,通过它可以将电源能量馈入电机,对绕组进行励磁,也可将电机内的磁场储能反馈回电源,实现发电运行.控制器是整个系统的核心部分,通过控制功率换器中主开关器件的工作状态,实现对发电机运行状态的控制.开关磁阻发电机的电磁转矩为:式中:i为相电流,L是相电感,θ是转子位置角.根据式(3),电磁转矩的方向是由相电流所对应的相电感的变化率决定的.若相电流处于d L/dθ＞0区间时则产生正转矩,电机工作在电动状态;若相电流处于d L/dθ＜0的区间时则产生负转矩,电机工作在制动或发电状态[1].只要根据转子位置来控制主开关通断角度,使相电流主要集中在d L/dθ＜0的区间,就可以使SR电机在运行时将机械能转换为电能向外输出.图1 是发电运行时相电流波形与相电感的对应关系,如图所示,在θ=θ1时刻主开关开始导通,在θ=θ2时刻主开关关断,θ1～θ2阶段为励磁阶段,SRG吸收电能;θ＞θ2阶段为发电阶段,D 1与导通续流,电机向外输出电能.很显然,SRG一相的发电输出功率为发电功率和励磁功率之差.图1 相电流与相电感的对应关系2 发电运行时的控制策略发电运行的控制目标是高效率地产生输出电流以维持额定的输出电压.发动机转速是变化的,负载也可能发生变化,控制方案应该使系统在速度和负载的一定变化范围内,维持输出电压的稳定,保持系统有良好的稳态特性和动态特性.因此控制模式的选择对于系统输出电压的稳定是至关重要的.角度位置控制模式是通过调节开通角θon,关断角θof f来调节励磁电流最终实现对输出电压的控制,进而控制输出功率[3].图2与图3分别是角度位置控制方式下改变θon与改变θof f时的相电流仿真波形,由图可知,固定θof f,提前θon,或者固定θon,增大θof f,都可以使绕组励磁的时间增加,相电流的峰值增加,电流波形变宽. SRG发电运行时,当原动机的转速发生较大的变化,SRG发电运行时,当原动机的转速发生较大的变化,如转速增加,如果开通角与关断角固定,那么建立电流的时间相对将缩短,导致励磁电流减小,影响SRG的发电能力.所以当SRG处于高速发电运行时,要保证输出功率的稳定,适时地调整开通角与关断角的大小是有效的控制方法之一,如将开通角提前,将关断角推后,都能增大励磁电流,提高SRG的发电输出功率. 可以单独作控制变量,也可以同时作为控制变量,但同时作控制变量将使系统变得复杂,降低运行的可靠性,因此适宜采用一个参数作变量,另一个参数则经优化固定.图3表明,相电流对关断角的变化很敏感,θon较小的角度变化会引起相电流峰值的较大变化,所以可控性较左.开通角在一定范围内与输出功率呈较好的线性关系[5].综合这两个因素,本文采用作控制变量的角度位置控制模式,用查表方式优化固定,通过PID 调来调节输出功率,其控制框图如图4.为了输出平稳的直流电,输出端还需并联电容进行滤波.滤波电容是一个比较大的滞后环节,会影响电压外环的响应速度.为改善本系统发电运行时输出电压的动态特性,采用电压外环、电流内环双闭环控制,当外界负载突变或者受到外来干扰时,即使电压外环尚未迅速响应,电流内环也可以起到迅速调节的作用,保证输出电压的稳定,从而改善系统的动态特性.图4 角度控制方式实现框图3 基于80C196KC数模混合控制器的设计SRG发电运行时,一般运行于较高的转速,因为低速不利于发电功率的输出,而高速运行对控制的实时性有较高的要求.系统采用双闭环控制时,单片机一方面要完成电流内环与电压外环的数据处理,另一方面还要完成对相电流的采样、信号比较等工作,导致CPU的负担较重,控制系统的实时性会受到影响,故SRG不宜采用全数字控制[2].本文采用了一种以MCS80C196KC单片机为核心的数模混合控制方法,图5是控制系统的结构图.图5 SRG控制系统结构图数字控制电路部分包196CPU、存储扩展电路、位置检测电路、参数显示及接口电路.196CPU是控制电路的核心,负责状态检测、角度控制、参数优化、转速计算等工作,根据系统的转速查表给定关断角θoff的值,根据优化的开关角,给出主开关管的开通、关断信号等;存储器负责存储数据和程序;位置传感器输入电路将位置信号送入单片机的HIS口,HSI口监测位置变化并设置位置信号的上跳沿触发HSI中断[2].HSI中断程序完成电机实时转速的计算,并将处理后的位置信息送给196CPU,然后通过HSO接口输出信号分别控制A、B、C三相.系统相电流与电压的检测、开通角的PID调节及故障保护等功能由模拟电路实现,模拟电路完成信号采集后,将结果送入单片机进行综合处理,大大简化了CPU数据处理时间,提高了系统的实时性.4 仿真分析4.1 负载突变时SRG的动态特性当负载突变时,SRG必须及时响应负载的变化,保持电压稳定以满足负载要求.下面通过负载突变时输出电压的仿真波形来验证SRG电压开环与闭环调节时的动态特性,时间t从0到0.04 s,负载为8 k W,在0.04 s负载突加为 9.2 kW,在 0.08 s负载突减为4 k W.图6 是负载突加、电压开环调节时的输出的电压仿真波形,图7是系统采用闭环调节时的仿真波形.仿真结果表明,电压闭环调节时,当负载突变,SRG的输出电压基本保持稳定,电压纹波与幅度很小,总体对负载突变的瞬时性较好,过渡时间很短.这主要是因为控制系统通过电压闭环来调节开关角,从而调节励磁电流来满足负载突变的功率要求,所以对负载的变化响应较为迅速.而开环调节时,由于负载突然加大,使得电容的放电量增加,而对电容的充电量不变,使得充电量小于放电量,输出电压逐步下降,在252 V左右重新建立新的平衡.4.2 缺相运行时SRG的动态特性SRG的故障包括电机故障和功率变换器故障,当这些故障发生时,控制器检测到该故障并封锁故障相的触发脉冲,使SRG运行在缺相状态.假设A相在0.024 s的时候发生开路故障,系统检测到这一故障后,封锁A相绕组的驱动信号,系统处于两相运行状态.在闭环方式下,图8反映了缺相故障时发电电压的变化过程,图9为故障相的电流波形,图10为非故障相B相与C相的电流波形.图1 1为非故障相B相与C相在正常发电运行与故障发电运行的相电流仿真波形的比较,波形1为正常工作时的相电流波形,波形2为故障后的相电流波形,可见故障发生后,非故障相B相与C相的相电流有了明显的增加.SRG输出的平稳电压实质上是对滤波电容充放电平衡的结果,当 A和发生缺相故障时,绕组被切除,该相电流为零,其余两相继续工作,破坏了原有的充放电平衡状态.在电压闭环方式下发生缺相故障时,系统通过闭环调节非故障相的励磁电流,发电电流增大,对滤波电容的充电量也增大,最终故障相的充电量由其余两相补偿,输出电压仍然保持原给定值.电压闭环控制时发电运行的不间断供电可靠性很高,从容错的角度来说,SRG明显优于其它类型的发电机.图11 非故障相正常工作与容错故障运行时的相电流波形综上分析,采用电压与电流双闭环控制时,不管是负载突变还是容错故障运行,其实质都是当输出电压发生变化时,通过角度位置控制方式调节开通角来调节励磁电流的大小,从而实现对输出电压与输出功率的调节与控制.SRG的最终控制目标是系统有良好的稳态与动态特性,输出稳定的电压,从这点而言,本文控制系统的设计取得了较好的发展.5 结论角度位置控制试能在较宽的速度范围内使SRG有良好的稳态与动态特性;采用电流内环、电压外环双闭环调节时,SRG能及时响应负载突变的变化,输出电压基本保持稳定,当电机缺相故障运行时,系统仍然具有较好的容错工作能力与动态特性;数模混合控制系统充分发挥了数字控制与模拟控制各自的长处,大大提高了系统的运行速度与控制的适时性.参考文献【相关文献】[1]吴建华.开关磁阻电机设计与应用[M].北京:机械工业出版社,2002.[2]刘闯.开关磁阻电机起动/发电系统理论研究与工程实践[D].南京航空航天大学博士学位论文,2000:90-91.[3]钱燕娟.7.5 k W开关磁阻起动/发电平台研发[D].南京航空航天大学硕士学位论文,2006:15-16.[4]Stiebler M,LIU Ke,An Analysis Model of Switched Reluctance Machines[J].IEEE Transactions on Energy Conversion,1999,14(4):1100-1105.[5]张慧.开关磁阻发电机系统设计及控制策略的实施[D].浙江大学学位论文,2003:75-80.[6]Martin Liptak,Valeria Hrabovcova.Equivalent Circuit of Switched Reluctance Generator.Based on Series Generator[J].Journal of Electrical Engineering,2008,59(1):23-28.。
80C196KC单片机开关稳压电源的设计
80C196KC单片机开关稳压电源的设计江 莺,王宏华(河海大学电气工程学院,江苏南京210098)摘 要:对基于80C196KC单片机的开关稳压电源进行了设计。
本设计采用电压反馈,根据期望值和反馈值的偏差对PWM的占空比进行PID调节,以提高稳压电源的精度。
关键词:开关电源;PID调节;反馈电压;占空比中图分类号:TP211 文献标识码:A 文章编号:167125276(2004)0620099202TheDesi gnofSwitchin gPowerSu pplyBasedon80C196KCMicro processorJIANGYin g,WANGHon g2hua(HohaiUniversit y,JSNan jing210098,China)Abstract:This paper presentsaswitchin g powersu pplybasedon80C196KCmicro processor.Inordertoim2 provethe precision,amicro processorisusedtomodulatethedut yratioofPWMinPIDre gulationaccordin gto thedeviationbetweentheex pectedvalueandthefeedbackvolta ge.Ke ywords:switchin g powersu pply;PIDre gulation;feedbackvolta ge;dut yratio0 引言与相控整流电源相比,开关稳压电源由于去除了工频变压器,且开关管工作在开关状态,功率损耗小,效率高,使其具有体积小、质量轻和效率高等优点。
开关稳压电源传统的控制电路是由线性脉宽调制集成电路为核心构成的,例如SG3524、UC3846等。
系统采用模拟PID调节器进行脉宽调制,存在一定误差,影响了它的精度。
基于单片机控制的开关电源及其设计
基于单片机控制的开关电源及其设计
开关电源是一种广泛应用于电子设备中的电源，它具有高效率、稳定
性好、体积小等优点。
基于单片机控制的开关电源则是在传统开关电源的
基础上结合了单片机的控制功能，可以实现更精确、智能的控制。
首先，输入滤波模块用于滤除输入电源中的高频噪声，以保证后续电
路正常工作。
整流滤波模块则将输入电源的交流信号经过整流后变为直流
信号，并进行滤波以减小波动。
接下来，开关变换模块是整个开关电源的关键。
该模块中包含了主要
的开关电源拓扑结构，如Buck、Boost、Buck-Boost等。
通过开关元件的
开关动作，实现电源输入电压到输出电压的变换。
在设计中，需要考虑开
关频率、开关管的选择以及辅助器件的设计。
输出滤波和稳压控制模块用于进一步滤除开关变换模块输出电压中的
高频噪声，并稳定输出电压。
可以使用电容、电感等元件来实现滤波功能，并通过反馈控制实现稳压功能。
最后，单片机控制模块通过采集输入电压、输出电压等信号，实时监
控电源的工作状态，并根据需要进行调节。
比如，可以通过PWM信号控制
开关元件的开关频率，从而实现输出电压的调节。
同时，单片机还可以实
现过压、过流、过温等保护功能，提高开关电源的安全性和可靠性。
总结起来，基于单片机控制的开关电源通过单片机的控制功能，实现
了对开关电源的精确控制。
在设计中需要注重滤波和稳压控制模块的性能
选择和设计，同时合理选择开关变换模块的拓扑结构和开关元件，以确保
开关电源的效率和稳定性。
一种基于80C196KC单片机的新型电子负载的设计
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华中科技大学 硕士学位论文 一种基于80C196KC单片机的新型电子负载的设计 姓名：杨凡 申请学位级别：硕士 专业：控制理论与控制工程 指导教师：周永鹏 20040701
摘
要
ＵＰＳ 的生产和研制
随着 ＵＰＳ 不间断电源在国民生产各部门中的应用越来越广泛 已经成为电力电子行业的一大热点
而对这些 ＵＰＳ 在使用前进行检验是非常必要的
II
design method of system software. It presents the selection method of digital control PI adjusting parameter on the basis of simulating model. And it also presents a part of hardware schematics and software flowcharts. At the end of this dissertation, the experiment results of the system are provided, and these results show that the system can obtain well output current following performance and unit power factor. And in the experiment process, the voltage and current do not shift, and the process of lock-phase is very quick and smooth. The system basically realizes the function that the energy discharged by UPS is transferred back to AC power network.
基于80C196KC单片机的智能型开关电源研制
ｃ ｔ ｅｐ ｌ ｉ ｈｍ ｄ ｌ ｉ （ ＷＭ） ｔ ｕ ｈ ｏ ｈ ｗｔｈ ｇｐ ｗ ｒｓｐ ｌ ｗｔ ｔｅｄｔｃｏ ｎ ｏｔ ｌ ｉｅ ｔ ｕｓ ｗｄ ｏｕａ ｏ Ｐ ａｄｈ ｅ ｔ ｔｎ ｈ ｇ ｔ ｆｔｅｓ ｉ ｉ ｏ ｅ ｕｐｙ ｉ ｈ ｅ ｔ ｎ ａｄｃｎｒ ｏ ｃｎ ｈ ｅｉ ｏ
Ｔ ｅ ｒ ｓ ｌ ｆｄ ｇｔｌｓｍｕ ａｉｎ ｅ ｐ ｒ ｎ ｅ ｎ ｔａｅ ｈ ｔｔ ｅ ｆｚ ｙ ｃ ｎ ｒｌｓｒ ｔｇ ａ ｏ ｆ ｉ ｅ ｌｐ ｒ ｒ ｈ ｅｕｔ ｏ ｉｉ ｉ ｌｔ ｘ ｅｉ ｓ ａ ｏ ｍｅ ｔｄ ｍｏ ｓ ｔ ｄ ｔ ａ ｈ ｕ ｚ ｏ ｔ ｔ ｅ ｙ ｈ ｓ ａ ｌ ｔｏ ｄ ａ ｅ ｏ ｍ－ ｒ ｏ ａ ｆ
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第 一 作 者 ： 爱 萍 吴 （ ９８ 一） 女 ， １６ ， 讲 师， 硕士 ， 究方 向 研
为电力 电子 与电力
关键词 ： 开关 电源； 糊控制 ；单片机 模 中图分类号 ： Ｎ ６ Ｔ ２ ３ 文献标识码 ： 文章编号 ：０ １ ５ １２０ ）３０５ － Ｔ ８ ；Ｐ ７ Ｂ １０ － ３ （０ ６ ０ －０４０ ５ ４
摘 要： 针对传统 ＰＤ控制算法无法实时 自 Ｉ 适应开关电源负载扰动和非线性特性
的不足 ， 提出了基于模糊逻辑 的单 片机 ８ Ｃ ９ Ｋ ０ １６ Ｃ的智能控制策略 ， 将单 片机 的测 控技
基于80C196KC单片机的PWM控制器设计
基于80C196KC单片机的PWM控制器设计
王绍威;刘建军
【期刊名称】《计算机工程与设计》
【年(卷),期】2008(29)24
【摘要】利用80C196KC单片机的CAM锁定功能和定时器T2的内部时钟功能,结合80C196KC的运算速度快、集成度高、功能强大的特点,实现了PWM触发脉冲的精确控制.该方式具有采集快捷、运算量小的特点.给出了设计的硬件电路,以及相应的软件实现.实验结果表明,该方法简单实用、控制精确、编程容易.
【总页数】3页(P6262-6263,6268)
【作者】王绍威;刘建军
【作者单位】二一O所军事代表室,陕西西安710065;二一O所军事代表室,陕西西安710065
【正文语种】中文
【中图分类】TM131
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基于80C196MC的晶闸管中频电源控制技术研究
关键词 ： 晶闸管 ； 逆变器 ；软启动 ；谐振 频率， 中频电源
中图分类号： Ｎ ６ Ｔ ８ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ：０ ０ １０ ２０ ）４ ０ ６ — ２ １０ — ０ Ｘ（０ ７ ０ — ０ ６ ０
Ｔｈ ｓ ａ ｃ ｆＴｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ｏ ｅ ｉ ｍ ｅ ｕ ｎ ｙ Ｐ ｗｅ ｕ ｐ ｙ ｅＲｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｃ ｎ ｌ ｇ ｆＭ ｄ ｕ Ｆｒ ｑ ｅ ｃ ｏ ｒＳ ｐ ｌ ｂ ｓ ｄ ｏ ０ ９ Ｍ Ｃ Ｍ ｉｒ ．ｏ ｔ ｏｌｒ ａ ｅ ｎ ８ Ｃ１ ６ ｃｏｃ ｎｒ ｌ ｅ
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维普资讯
第 ４ 卷 第 ４期 １
２０ ０ ７年 ｗｅ ｅ ｔｏ ｉｓ ｏ ｒ Ｅｌｃ ｒ ｎ ｃ
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基于 ８Ｃ ９ＭＣ的晶闸管中频电源控制技术研究 ０ １６
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电流逆变成 一定频 率的单相 中频 电流 。负载是 由感应 线 圈和补偿 电容器连接成 的并联谐振 电路田 。
中频 电源 日益 广泛 地用 于金 属加 工 、 筑 工程 、 建 电力 系统等 工业 领域 。 中频 电源 多采用 并联 逆变 的
基于单片机控制的开关电源的设计
基于单片机控制的开关电源的设计开关电源是一种将输入的电能转化为所需输出电能的电源，它具有效率高、体积小、重量轻、可靠性高等特点，被广泛应用于各种电子设备中。
本文将介绍一种基于单片机控制的开关电源的设计。
一、设计原理开关电源的核心是DC-DC变换器，其输入端接受交流电源，通过整流滤波电路将交流电源转化为直流电源，并经过DC-DC变换器将直流电源转化为所需输出电压。
此外，为了实现对输出电压的控制和保护功能，需要使用单片机进行控制和监测。
1.输入电路输入电路由输入滤波电路和整流电路组成。
输入滤波电路主要是为了去除交流电源中的高频干扰，通常采用电容和电感组成的滤波网络。
整流电路将交流电源转换为直流电源，常见的整流电路有整流桥和二极管整流电路。
2.DC-DC变换器DC-DC变换器是开关电源的核心部分，它将输入的直流电源转变为所需的输出电压。
常见的DC-DC变换器有：（1）Buck变换器：输出电压小于输入电压；（2）Boost变换器：输出电压大于输入电压；（3）Buck-Boost变换器：输出电压可大于也可小于输入电压。
3.控制电路为了实现对输出电压的控制和监测，需要使用单片机进行控制。
单片机可以通过PWM技术控制开关管的导通和断开，从而控制开关电源输出电压的大小。
同时，单片机还可以监测输出电压的大小，并进行保护控制，如过压保护、欠压保护、过流保护等。
二、设计步骤以下是基于单片机控制的开关电源的设计步骤：1.确定输入电压范围和输出电压要求，并选择合适的DC-DC变换器电路。
2.根据输入电压和输出电压要求，计算所需的滤波电容和电感值，并选择合适的元器件。
3.根据DC-DC变换器电路的控制方式，设计开关管的驱动电路。
常见的驱动方式有：反馈控制、定时控制、电流控制等。
4. 选择合适的单片机，并进行引脚分配。
常见的单片机有：ATmega8、STM32等。
5.编写单片机程序，实现对输出电压的控制和监测。
程序中需要包含PWM控制部分、过压保护部分、欠压保护部分、过流保护部分等。
基于单片机控制的开关电源的设计
基于单片机控制的开关电源的设计开关电源是一种电力转换装置，其工作原理是将输入的电能转换为高频交流电能，经过变压、整流、滤波等处理，输出稳定的直流电压给负载。
它具有体积小、效率高、输出稳定等优点，在各种电子设备中广泛应用。
本文的设计目标是基于单片机控制的开关电源，通过软件程序实现开关电源的控制和保护功能。
下面将从硬件设计和软件设计两方面介绍基于单片机控制的开关电源的设计过程。
硬件设计：1.选择单片机：根据需要选择适合的单片机，常用的有8051系列、AVR系列、PIC系列等。
选择时要考虑单片机的性能、IO口数量、工作电压等参数。
2.电源输入：选择合适的变压器和整流滤波电路，将输入交流电转换为直流电，供给开关电源的PWM控制电路和负载。
3.开关电源的PWM控制电路：使用单片机的PWM输出控制开关电源的工作周期和占空比，从而控制输出电压的大小。
可以使用单片机的IO口连接到MOSFET等开关元件，通过调节IO口的电平和频率来控制开关电源的输出电压。
4.电路保护：为了保护开关电源和负载不受损坏，需要添加过压保护、过流保护、过温保护等电路。
可以使用电压比较器、电流检测芯片等进行监测和保护。
软件设计：1.初始化：在程序运行开始时，对单片机的IO口、定时器等进行初始化设置。
2.输入检测：通过外部引脚读取输入电压和电流的大小，判断是否超出范围。
如果超出范围，则进行相应的保护措施，如关闭开关电源输出。
3.控制算法：根据输入电压和目标输出电压，通过控制占空比调整输出电压的大小。
可以使用PID控制算法等来实现精确控制。
4.输出控制：使用单片机的PWM输出控制开关电源的开关状态和工作周期。
根据控制算法计算的合适占空比，将其作为PWM的占空比输出。
同时，通过监测输出电压和电流的大小，进行闭环控制，使输出电压保持稳定。
5.保护机制：实现过压保护、过流保护、过温保护等功能。
当检测到异常情况时，及时关闭开关电源输出，避免负载和开关电源的损坏。
基于80C196KC单片机智能数据采集卡的硬件设计
基于80C196KC单片机智能数据采集卡的硬件设计
唐唤清
【期刊名称】《湖南工程学院学报：自然科学版》
【年(卷),期】2000(000)001
【摘要】本文详细介绍一块以８０Ｃ１９６ＫＣ单片机为核心，集信号采集处理、数据通讯和智能控制为一体、可以直接插在ＰＣ机的ＩＳＡ总线槽上的多功能智能数据采集控制卡的硬件电路设计。
该卡具有功能全、信号处理速度快、兼容性好、应用开发方便等特点。
【总页数】4页(P)
【作者】唐唤清
【作者单位】湘潭机电高等专科学校
【正文语种】中文
【中图分类】TP274.2
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基于单片机控制的开关电源设计
基于单片机控制的开关电源设计随着电子技术的快速发展，电源技术也在不断演进。
目前，基于单片机控制的开关电源设计成为了一种趋势。
本文将从开关电源的概念、工作原理、单片机的选择、开关电源的设计要点等方面进行讨论。
开关电源是一种能够将交流电转换为稳定直流电的电源装置。
与传统的线性电源相比，开关电源具有高效率、体积小、重量轻以及可调节性强的特点。
基于单片机控制的开关电源设计，通过单片机的智能控制和精确调节，可以实现更加稳定和精确的电源输出。
首先，我们来了解一下开关电源的工作原理。
开关电源主要由输入滤波电路、整流电路、变换电路和输出电路四部分组成。
其中，输入滤波电路用于滤除电源输入的杂波干扰，整流电路将交流电转换为直流电，变换电路通过变换器件（如MOSFET、继电器）来调节输出电压和电流，输出电路将变换后的电源输出给负载。
在基于单片机控制的开关电源设计中，单片机是一个重要的组成部分。
选择合适的单片机，可以更好地满足设计需求。
在选择单片机时，需要考虑以下几个方面：性能、接口和IO数量、编程方式、工作频率、功耗和成本等。
根据具体的设计要求，选择性能合适、接口丰富的单片机是非常重要的。
接下来，我们将介绍一些开关电源设计的要点。
首先是开关电源的稳压和稳流控制。
通过单片机控制，可以实现对输出电压和电流的精确调节，保证稳定的输出。
同时，还需要注意开关电源的过流、过压、过温等保护功能的设计，以避免电源损坏和负载设备受损。
此外，还需要考虑开关电源的高效率设计，以减少功耗和热量产生，提高电源的使用寿命。
此外，开关电源的电磁兼容性和故障诊断能力也需要进行充分考虑。
最后，我们还需要关注一些细节问题，如电路调试和信号处理等。
在电路调试中，需要通过实际测量和观察数据来分析和确认电路的工作状态，进一步优化和调整电路性能。
信号处理可以使用单片机的AD转换功能来采集和处理信号，实现对电源工作状态的监测和控制。
综上所述，基于单片机控制的开关电源设计是一项重要而有挑战的工作。
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第一作者:吴爱萍(1968-),女,讲师,硕士,研究方向为电力电子与电力传动、智能控制及自动化装置。
基于80C196KC 单片机的智能型开关电源研制吴爱萍, 汪木兰(南京工程学院自动化系,江苏南京 210013)摘 要:针对传统P I D 控制算法无法实时自适应开关电源负载扰动和非线性特性的不足,提出了基于模糊逻辑的单片机80C196KC 的智能控制策略,将单片机的测控技术和开关电源的脉冲宽度调制(P WM )技术相结合,采用先进的模糊控制算法实现电压调节。
仿真结果表明,与传统P I D 控制算法的效果相比,模糊控制动态响应快、超调量小、具有较好的适应性和应用价值。
关键词:开关电源;模糊控制;单片机中图分类号:T N86;TP273 文献标识码:B 文章编号:100125531(2006)0320054204D evelopm en t of I n telli gen t Sw itch i n g Power Supply Ba sed onthe S i n gle 2Ch i p M i croprocessor 80C196KCWU A i 2ping, WAN G M u 2lan(Depart m ent of Aut omati on Nanjing I nstitute of Technol ogy,Nanjing 210013,China ) Abstract:To overcome the shortcom ing of the conventi onally P I D contr oller in the s witching power supp ly,which can not be adap tive t o the unknown l oad disturber and the non 2linear feature,a novel intelligent contr olmeth 2od based upon the fuzzy l ogic theory and single 2chi p m icr op r ocess or 80C196KC was p resented in this paper .It ass o 2ciated the pulse width modulati on (P WM )thought of the s witching power supp ly with the detecti on and contr ol technique of the single 2chi p m icr op r ocess or,regulated the out put voltage with the advanced fuzzy contr ol arith metic .The results of digital si m ulati on experi m ent de monstrated that the fuzzy contr ol strategy has a l ot of ideal perf or m 2ance,such as fast transient res ponse,s mall overshoot,good adap tability and high app licati on value,compared t o the traditi onal P I D contr oller .Key words:sw itch i n g power supply;fuzzy con trol ;si n gle 2ch i p m i croprocessor0 引 言目前,开关电源正在朝着智能化、模块化、高频化、绿色化、小型化等方向发展[1]。
以单片机为核心设计制造出的新一代智能型开关电源不但电路简单、结构紧凑,而且由于单片机具有强大的计算和控制能力,可减少干扰信号及模拟电路引起的误差,大大提高开关电源输出电压和输出电流的精度。
智能开关电源可利用单片机设置周密的保护监测系统,确保电源运行可靠;输出电压和电流采用数字显示,设定值由键盘输入,交互性好、操作方便,克服了输出电压单一的缺点,具有较高的实用价值。
1 设计原理本智能电源系统以开关电源为基本电路,选用高性能单片机作为控制核心,在检测软件和模糊控制算法的支持下,通过对开关电源的输出电压和输出电流进行实时采样,并与给定值相比较,调整和控制开关电源的工作状态,从而获得所需的电压和电流,其工作原理如图1所示。
单相交流电经整流、滤波变换成直流电送入开关调整电路,由单片机输入脉冲宽度调制(P WM )信号,获得一定大小的直流电压,经滤波后输出。
用户可根据需要通过键盘设定开关电源的输出电压和最大输出电流。
同时,单片机还根—45—图1 智能开关电源框图据采集的输出电压、电流判断是否出现过压、过流情况,若超过设定值,立即启动保护电路并发出报警。
2 硬件设计2.1 单片机系统智能开关电源的单片机控制系统以80C196KC 为核心,外扩16K B (27128芯片)程序存储器。
由于本系统采集的数据不太多,CP U 内部的数据存储器已经够用,不需外扩数据存储器。
键盘和显示电路通过8279芯片与CP U 相连,可减小CP U 压力,显示电路有8个数码管,动态显示系统输出电压和电流,键盘部分接受来自用户的设定值和紧急操作。
电压和电流检测电路得到的模拟量分别通过ACH0(P0.0)、ACH1(P0.1)2引脚送至CP U ,每隔1m s 采样一次,并进行A /D 转换。
80C196KC 的高速输出口HS O 特别适合于高频开关管的控制,由内部设定的模糊控制算法得到两个占空比可调、相位相差180°的P WM 信号,经HS O.0和HS O.1端口输出。
这2个P WM 信号经驱动电路隔离、放大后控制功率变换器桥臂上开关管的通断,从而控制开关电源输出电压,构成电压闭环控制系统。
为了防止单片机系统发生死机现象,设置了看门狗复位电路I M P706,具体框图如图2所示。
图2 单片机系统框图2.2 驱动电路为了精确控制开关电源的输出电压,本系统采用P WM 方式控制开关管的导通与截止。
通过系统软件的计算,得到固定周期内P WM 信号的宽度,由CP U 的高速输出口HS O 输出P WM 信号。
单片机输出的P WM 信号功率很小,必须经过功率放大和电平转换才能驱动开关管I G BT,同时采用光电隔离电路,可防止来自开关电源电路的干扰信号影响单片机系统的正常工作。
图3为采用分立元件构成的推挽式驱动电路。
图3 P WM 信号的隔离放大电路2.3 检测与保护系统为了使智能开关电源安全可靠地工作,本系统设立了周密的监测和保护电路,主要包括过热保护、过流保护和过压保护。
当系统采样到实际输出电流、电压、温度超过系统内部设定的警戒值时,系统会立即封锁P WM 控制信号,使功率开关管处于断开状态,同时启动声光报警电路,通知操作人员进行相应的处理。
3 软件设计3.1 模糊控制算法开关电源是一个非线性、时变的控制对象,负载变化较大,并且变化规律不可预知,其模型的建立相当困难。
采用经典的P I D 控制方法时,调节器的参数难以适应开关电源工作状态的变化,很难达到较高的控制要求。
而模糊控制不依赖于系统精确的数学模型,属于仿人智能控制策略,便于利用人的经验知识实行控制,非常适宜于一些参数可变、难以用准确数学模型描述的系统,具有较强的鲁棒性[2]。
所以,本系统采用模糊控制算法—55—克服因非线性影响及负载变化所带来不确定性,电源性能大大改善。
考虑到单片机计算能力及系统实时性的要求,采用直接查表的模糊控制算法,即先离线制造出模糊控制表,并在软件设计时将其置入ROM 中,然后实时控制只需根据偏差及其变化率查表即可得到控制量。
控制表制造思路如下:首先求出与所有控制规则相对应的模糊关系矩阵,再根据输入的偏差及偏差变化率,利用合成推理方法求出对应的模糊输出量,经过反模糊化将模糊量转化为精确量,即可得到控制表[3～4]。
本文利用Matlab中的模糊控制工具箱进行模糊控制算法的计算与合成,得到控制查询表(见表1)。
表1 模糊控制查询表控制量U偏差变化率EC 7 6 5 4 3 2 1 0-1-2-3-4-5-6-7偏差E 7 6 6 6 6 6 6 4 4 3 2 2 2 1 1 0 666665544311111056666544431111104666654443110000365554433200-1-2-2-2265444333200-1-2-3-31544333110-2-2-3-4-4-4044322210-1-3-3-4-4-5-6 -14432110-1-2-3-3-4-4-5-6 -2332100-2-3-3-4-4-4-4-5-6 -3222100-2-3-3-4-5-5-5-5-6 -40000-1-1-3-4-4-4-5-6-6-6-6 -50-1-1-1-1-1-3-4-4-4-5-6-6-6-6 -60-1-1-1-1-1-3-4-4-5-5-6-6-6-6 -70-1-1-2-2-2-3-4-4-6-6-6-6-6-63.2 系统软件流程本系统软件使用模块化编程,主程序的工作主要是对各子程序的组织和调用,系统的主流程如图4所示。
系统起动后,首先调用初始化子程序,完成诸如具有复用功能的I/O引脚的选择和设置、各种中断功能的选择及其设置、8279的初始化、中断屏蔽寄存器I N T2MASK的设置、中断登记寄存器I N T2PE ND I N G的清零、系统变量的初始化。
完成初始化操作后,系统调用键盘扫描与显示子程序,进行系统输出电压的设定,然后开放中断,系统每1m s执行一次采样、模糊控制程序和显示程序。
高速输出口HS O每1个P WM周期产生一次中断请求,由中断服务程序设定下一个周期的脉宽。
系统的全部运行过程均由键盘实时控制和调节。
图5示出了Matlab环境下的仿真结果曲线[5]。
启动时,给定电压为4.3V,负载10Ω,正常工作后,在t=40m s附近将负载变为5Ω,待其稳定后,在t=70m s附近将负载变为20Ω,以此图4 主程序流程图模拟负载的突变。
图5(a)是在P I D控制下的输出电压和电流波形,图5(b)是在模糊控制下的输出电压和电流波形。
由图可见,在未知负载变化的情况下,模糊控制开关电源的动态性能和适应性要高于P I D控制的开关电源。
—65—(a)P I D控制下电压和电流波形(b)模糊控制下电压和电流波形图5 开关电源电压和电流仿真波形4 结束语 本文所设计的开关电源通过单片机(80C196KC)软件编程的方法灵活设定输出电压,克服了常用开关电源只能输出单一电压的缺点。