0 引言
    隨著現(xiàn)代科技事業(yè)的發(fā)展，電器設(shè)備的精度提高,、可靠性加強(qiáng)，智能化和數(shù)字化的實(shí)現(xiàn),，開關(guān)電源正朝著高精度,、智能化、數(shù)字化的方向發(fā)展,。開關(guān)電源通過(guò)控制開關(guān)通斷的時(shí)間比率來(lái)維持輸出電壓的穩(wěn)定,，具有體積小、重量輕,、效率高,、紋波小、噪聲低,、易擴(kuò)容,、智能
化程度高等特點(diǎn)。
    本文采用SAMSUNG公司的SC344BOX的ARM7芯片設(shè)計(jì)了一種智能化、數(shù)字化的可調(diào)開關(guān)直流電源,，對(duì)電源主電路實(shí)現(xiàn)了全數(shù)字控制,，輸出電壓可調(diào)，并提高了輸出電壓的精度和穩(wěn)定度,?？刂扑惴ㄍㄟ^(guò)軟編程可以使系統(tǒng)升級(jí)，也便于用戶根據(jù)各自的需要靈活地選擇不同的控制功能,。

1 電源系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)
    電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求是：工頻電源交流220 V輸入,，直流電壓可調(diào)輸出10～2 000 V，輸出電流小于100mA,，用戶可以使用鍵盤隨時(shí)更改輸出電壓,，顯示屏上顯示當(dāng)前的工作狀態(tài)。根據(jù)要求設(shè)計(jì)的電源系統(tǒng)由電源電路和控制電路兩部分組成,，如圖1所示,。

    電源電路部分主要包括整流濾波、BUCK變換器,、推挽式直流變換器,、濾波器，把工頻電源轉(zhuǎn)化成所需要的直流電源,?？刂齐娐凡糠种饕ˋRM7控制單元、電壓分壓反饋取樣,、鍵盤／顯示,，根據(jù)用戶的輸入?yún)?shù)來(lái)調(diào)整輸出的直流電壓，并把當(dāng)前的工作狀態(tài)顯示出來(lái),。EMC保護(hù)用來(lái)消除工頻電源中的噪聲干擾,，保護(hù)系統(tǒng)電路不被損壞。

2 電源電路部分的工作原理及設(shè)計(jì)
2．1 整流濾波及BUCK變換器的設(shè)計(jì)
    整流濾波把工頻的交流電源變成直流電源,，其電路如圖2所示，輸入／輸出的波形如圖3所示,。為了提高整流效率,，采用全橋整流，整流橋硅使用性價(jià)比高的KBP3510,，2個(gè)400 V的47μF電容并聯(lián),，輸出直流電壓U0約為300 V。

    BUCK變換器又稱降壓變換器,，它是ARM根據(jù)當(dāng)前輸入的參數(shù)和反饋電壓,，產(chǎn)生PWMl，使用IGBT集成驅(qū)動(dòng)器來(lái)驅(qū)動(dòng)主電路中的IGBT，由于占空比的變化控制了輸出電壓的值,，電路如圖4所示,。BUCK變換器必須工作在連續(xù)工作狀態(tài)，則電感L的臨界值為,。由于電源系統(tǒng)輸出功率為150 W,，則P01>150 W，取P01=200W且,，f0=100 kHz,；U01的值在2～200 V之間可變，則可得,；,，其關(guān)系曲線如圖5所示。所以當(dāng)L>340μH,，電容C3為500 V的470μF,，就可以保證變換器保持連續(xù)工作狀態(tài)。
2．2 推挽式直流變換器及濾波器的設(shè)計(jì)
    由于電源的輸出功率小于200 W,，采用推挽式直流變換器可以滿足此要求,。如圖6所示，S1和S2是IGBT,，它們交替導(dǎo)通,，每個(gè)開關(guān)導(dǎo)通比為50％，S1,，S2導(dǎo)通分別由PWM2,，PWM3控制，PWM2,，PWM3是ARM給出的控制信號(hào),。S1，S2的作用是在高頻變壓器T的初級(jí)產(chǎn)生對(duì)稱的交變方波,，當(dāng)S2導(dǎo)通(S1截止)時(shí),，T的磁芯中磁通上升，當(dāng)S1導(dǎo)通(S2截止)時(shí),，T的磁芯磁通下降,。在次級(jí)產(chǎn)生一個(gè)變電壓，經(jīng)D1,，D2整流后,，便得到直流的輸出電壓U02，在理想狀態(tài)下分別為變壓器的初級(jí)和次級(jí)繞線的匝數(shù),。因?yàn)榕c01相連的初級(jí)繞組上的電壓反射到初級(jí)繞組的另一半上,，所以S1或S2在不導(dǎo)通時(shí),，兩端的電壓為2U01所以IGBT耐壓要大于2U01，即IGBT的耐壓大于400 V,。
    在高頻上,，變壓器通常采用導(dǎo)磁較高的鐵氧體磁芯或鈹莫合金鐵芯等磁性材料，其目的是為了獲得大的勵(lì)磁電感,，減小磁路中的功率損耗,，使之能以最小的損耗和失真?zhèn)鬏斁哂袑掝l帶的脈沖能量。本文采用PQ型鐵氧體磁芯,，內(nèi)芯為圓柱,，繞線方便同時(shí)也便于繞成蜂房式線圈以減小分布電容，且沒有棱角,，高壓時(shí)不易打火擊穿,，次級(jí)邊的匝數(shù)不超過(guò)2000圈，初,、次級(jí)的匝數(shù)比為1：12,。

    由于高壓變壓器的匝數(shù)多，初次級(jí)之間的耦合度較強(qiáng),，且寄生電容大,，它的輸出波形接不連續(xù)，波形如圖7所示,。因此輸出的電壓要有濾波器,，才能得到比較穩(wěn)定的電壓。濾波器的設(shè)計(jì)如圖6所示,，電容耐壓3 kV,，容量為470 pF。

3 ARM控制系統(tǒng)及其軟件實(shí)現(xiàn)功能
    該系統(tǒng)采用的ARM是SAMSUNG公司的SC344BOX芯片,，是一款低價(jià)格,、高性能的ARM芯片，擁有出色的外設(shè)模塊,，適用于工業(yè)控制,、生物識(shí)別、多媒體監(jiān)控,、網(wǎng)絡(luò)流媒體和智能電器等,。其主要特點(diǎn)有：
    (1)ARM7TDMI內(nèi)核，支持Thumb(16位)／ARM(32位)雙指令集,，能很好的兼容8位／16位器件；帶有8 KB高速緩存器,，主頻可達(dá)66 MHz,；
    (2)LCD控制器，可以支持256色STN，且LCD有專用DMA,；
    (3)5個(gè)PWM定時(shí)器,，1通道內(nèi)部定時(shí)器；
    (4)16位看門狗定時(shí)器,；
    (5)8通道10位ADC,；
    (6)71個(gè)通用I／O口，8通道外部中斷源,。
    采用SC344BOX所設(shè)計(jì)的系統(tǒng),，幾乎所有的指令都可以在20 ns內(nèi)完成，配合強(qiáng)大的指令運(yùn)算功能,，很容易實(shí)現(xiàn)各種控制算法及高速采樣,，為了減小系統(tǒng)的靜差，采用了閉環(huán)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的控制,。
    該電源系統(tǒng)中ARM的主要功能及軟件實(shí)現(xiàn)如下：
    ①產(chǎn)生PWM波,。PWMl用于對(duì)BUCK電路中的IGBT的驅(qū)動(dòng)。根據(jù)輸出采樣,，設(shè)定和調(diào)整定時(shí)器中周期寄存器的值和比較寄存器中的值來(lái)改變輸出PWMl波的周其期和脈沖寬度,。PWM2，PWM3設(shè)定周期為50 kHz的彼此交互的方波,。
    ②實(shí)時(shí)采樣,。采用SC34480X中集成的8路10位的ADC轉(zhuǎn)換電路實(shí)現(xiàn)電壓、電流實(shí)時(shí)采樣,，每一通道的最小轉(zhuǎn)換時(shí)間為500ns,，通過(guò)采樣模塊MAXl22，將采樣信號(hào)轉(zhuǎn)換為2407的ADC所需的O～3．3V電平,，在1個(gè)開關(guān)周期中,，將采樣80次(開關(guān)頻率為50kHz)，采樣后,，通過(guò)軟件編程調(diào)整驅(qū)動(dòng)BUCK中電路中的IGBT管的PWMl波形,，達(dá)到穩(wěn)壓的目的，同時(shí)當(dāng)輸出電壓,、電流過(guò)高或欠壓時(shí),，ARM調(diào)用相應(yīng)的子程序來(lái)處理突發(fā)事件，起到保護(hù)作用,。
    ③軟件編程時(shí)設(shè)置看門狗電路防止死機(jī),。

4 結(jié)語(yǔ)
    本文在上述分析的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出一臺(tái)基于ARM智能數(shù)字控制技術(shù)的開關(guān)電源,。電源的指標(biāo)滿足性能要求：輸出電壓連續(xù)可調(diào),、紋波系數(shù)低于0．5％,、輸出電壓穩(wěn)定度小于O．3％。該電源現(xiàn)已投入使用,，運(yùn)行良好,。