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(shù)的飛速發(fā)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(gòu)成，主要將電源輸出的直流電壓等級轉(zhuǎn)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(tǒng)工頻變換器而言，其體積、質(zhì)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(guān)電源控制，存在電壓輸出不穩(wěn)定、動態(tài)性能波動較大、能耗較大的缺點，難以滿足精密設備對穩(wěn)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(huán)境適應性好、使用便捷等優(yōu)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(wěn)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(guān)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(wǎng)絡控制、自適應控制、魯棒控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡控制等。

高頻DC-DC變換器在轉(zhuǎn)換電壓信號時存在開關(guān)損耗量大、斷續(xù)工作時寄生振蕩等問題，使用軟開關(guān)控制能夠有效減小能源損耗，獲得較穩(wěn)定的輸出電壓信號。但是，軟開關(guān)控制只能輸出單一電壓值，無法調(diào)節(jié)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?qū)⒛M電壓信號轉(zhuǎn)換成易于控制的數(shù)字電壓信號，便于設備根據(jù)需求電壓精度自動調(diào)節(jié)輸出直流電壓的波動誤差，同時能夠?qū)崿F(xiàn)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(yōu)點。使用單片機控制后的高頻DC-DC變換器系統(tǒng)具有體積小、功率大、智能化程度高、輸出電壓可自動調(diào)節(jié)等優(yōu)點，而且可對輸出電壓信號進行實時監(jiān)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(jù)實際需求自動調(diào)節(jié)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(shù)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(tǒng)的C8051單片機，具有控制響應速度快、功耗低、抗干擾性強等優(yōu)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(diào)節(jié)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(huán)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(huán)反饋控制。首先，人員通過鍵盤直接輸入設備所需的穩(wěn)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(shù)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(guān)控制變量運算，同時進行PID控制調(diào)節(jié)，然后將PWM信號脈沖發(fā)送給高頻DC-DC變換器的電壓調(diào)節(jié)執(zhí)行機構(gòu)，進行輸出電壓調(diào)節(jié)，如此反復將檢測的輸出電壓信號閉環(huán)反饋到單片機控制回路中，保障最終輸出的直流電壓值穩(wěn)定在預設值附近,從而實現(xiàn)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(tǒng)組成

利用單片機對高頻DC-DC變換器進行閉環(huán)反饋控制，保障其輸出電壓值穩(wěn)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(tǒng)應包括單片機主控模塊、高頻DC-DC變換器模塊、A/D數(shù)據(jù)采集模塊、人機交互模塊、系統(tǒng)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(shù)據(jù)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(guān)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(diào)整為設備需求的穩(wěn)定直流電壓值，以滿足直流供電設備的使用需求。

A/D數(shù)據(jù)采集模塊包含A/D信號轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換成單片機可處理的數(shù)字電壓信號，便于單片機實現(xiàn)對高頻DC-DC變換器的閉環(huán)控制，并調(diào)節(jié)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(shù)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(wěn)定電壓值，同時通過數(shù)碼管或液晶顯示器直觀顯示出高頻DC-DC變換器輸出穩(wěn)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(jiān)控。

系統(tǒng)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(jiān)控模塊。用戶可通過控制系統(tǒng)軟件自主根據(jù)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(tǒng)軟件可實時監(jiān)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(jié)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(fā)展，采用單片機對高頻DC-DC變換器進行閉環(huán)反饋控制，提高其輸出電壓值的穩(wěn)定精度，從而保障其能夠為精密設備提供穩(wěn)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(tǒng)組成，能夠為該方向的科研人員提供相關(guān)科研思路，以提高高頻DC-DC變換器的綜合性能。