[發明專利]全數字控制式大功率直流穩壓電源控制方法

無效

• 申請號: 201210122641.5
• 申請日: 2012-04-23
• 公開（公告）號: CN103378737A
• 公開（公告）日: 2013-10-30
• 發明（設計）人: 尤劍鳴;章宏;康選林
• 申請（專利權）人: 咸陽華清設備科技有限公司
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

(一)技術領域

本發明涉及一種數字式直流穩壓電源的控制方法，尤為一種全數字控制式大功率直流穩壓電源控制方法。

(二)背景技術

傳統的大功率(1KW以上)直流穩壓電源采用模擬控制系統，全橋拓撲結構。其基本架構如圖1所示。其控制電路主要由分立元件和集成運放構成。這樣的系統硬件架構較為復雜，且模擬元件的電參數會隨著環境溫度的變化而產生漂移，影響控制系統的性能。因此，模擬控制系統的穩定性不是很好；此外，由于各元件功能單一，模擬控制系統的控制功能有限，特別是在負載實時變化較為劇烈的情況下，輸出電壓無法達到穩定；全模擬控制電源系統也不利于實現遠程通信和控制及數字顯示。

隨著數字半導體技術及電力電子技術的發展，出現了數字電源，其通用電路架構如圖2所示。其控制核心為單片機加DSP，其中DSP為核心運算器件。但普通DSP所實現的PWM的分辨率不夠高，通常在10ns以上，這樣對于輸出電壓較大的電源，控制精度不夠；若采用高端DSP，其分辨率可以達到要求，但很不經濟。因此，傳統的數字電源，除上述的單片機加DSP的架構外，通常還要外加一個DA轉換芯片和取樣保持芯片，最終通過模擬方式產生分辨率足夠的PWM信號。這種方法不僅電路結構復雜，成本較高，而且又經過了DA轉換，而DSP的運算會有一定的指令處理時間開銷，這樣控制精度會降低；當負載的實時變化劇烈到一定程度時，輸出電壓仍然會不穩定。

(三)發明內容

本發明的目的在于提供一種硬件結構簡單，性價比高，控制精確，實現軟開關，提高了關鍵器件的可靠性，降低了功耗的一種全數字控制式大功率直流穩壓電源控制方法。

本發明的電路硬件結構為：

核心器件為一個帶有A/D轉換功能的單片機，如PIC18F458，和一個容量不小于1萬個LE且時鐘經內部鎖相環處理后頻率可達1000MHz的FPGA。單片機的主要作用為：A、通過總線將電源輸出的電壓和電流。采樣值，及通過電源面板手動旋鈕預設定的輸出電壓值這些模擬數據輸入到其具有A/D轉換模塊的I/O口，并實時進行A/D轉換，轉換后的數字數據再通過另一I/O口輸出，送給FPGA的I/O引腳；B、通過其串行通信接口協調控制電路與生產線自動控制系統之間的通信；C、通過其串行通信接口接收自動化生產線實時要求的電源輸出電壓值，再通過另一I/O口輸出，送給FPGA的I/O引腳；D、通過其I/O口輸出數據到接口電路，實現參數顯示電路的控制。FPGA的主要作用為：A、其I/O引腳接收單片機I/O口輸出的已經進行了A/D轉換的數據及其他預設定得數據，對其進行數字濾波運算；B、對濾波后的采樣數據進行比例積分運算，目的是最終控制電源輸出的直流電壓的大小；C、根據有關設定值及B的運算結果，產生激勵全橋IGBT模塊的，分辨率為1ns的PWM信號，并通過其I/O口輸出，IGBT模塊在其激勵下產生的高壓PWM脈沖作為變壓器初級輸入，變壓器次級感應的PWM脈沖整流后作為電源的電壓輸出；D、根據預設定的參數，通過有關運算，產生短路、過流、過壓、過熱等保護電路控制信號，通過其I/O口輸出。

與這樣的硬件結構相對應，有相關的FPGA和單片機的軟件架構，與硬件相配合，來共同完成對電源的實時控制。

本發明的優點在于：硬件結構更為簡單，性價比更高；由于FPGA的實時性強于DSP，實現的控制更為精確；通過數字方式實現軟開關，提高了關鍵器件的可靠性，降低了功耗。它特別適合于對穩壓精度具有較高要求的大功率電源使用。

(四)附圖說明

圖1大功率直流穩壓電源的通用基本電路結構；

圖2為目前通用的數字大功率直流穩壓電源的控制電路結構；

圖3為本發明的全數字式大功率直流穩壓電源控制方法的示意圖；

圖4為本發明的全數字式大功率直流穩壓電源控制裝置中單片機的軟件架構；

圖5為本發明的全數字式大功率直流穩壓電源控制裝置中FPGA的軟件架構。

(五)具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步詳細說明：