全数字电源设计

数字电源控制模块的设计
龙锋利;程健
【期刊名称】《原子能科学技术》
【年(卷),期】2009(043)011
【摘要】为加速器高精度磁铁稳流电源设计了数字电源控制模块DPSCM,以硬开关拓扑结构的磁铁电源作为被控对象,实现电源的全数字化控制.DPSCM以现场可编程门阵列FPGA为控制部件,实现对高精度ADC和DAC的控制,由数字调节器产生高精度数字脉宽调制信号,并实现电源的逻辑控制和联锁保护功能.通过模拟负载测试了DPSCM的基本功能,并在数字电源样机上测试了DPSCM长期运行的可靠性及稳定性,样机电源连续运行72 h,电流稳定度优于5×10~(-5).
【总页数】6页(P1043-1048)
【作者】龙锋利;程健
【作者单位】中国科学院,高能物理研究所,北京,100049;中国科学院,高能物理研究所,北京,100049
【正文语种】中文
【中图分类】TL503.5
【相关文献】
1.数字电源控制模块中AD/DA板设计 [J], 鲁璟;颜永红;吕继方;李秋菊;龙锋利
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3.HIRFL—CSR数字电源控制模块的设计 [J], 范进;敬岚;乔卫民;马陆
4.基于设计模式的测控系统采集控制模块软件设计 [J], 袁思;李辉
5.Intersil推出用于数字电源设计的下一代PowerNavigator^(TM)图形用户界面,帮助简化系统设计 [J],
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本设计是全数字中频感应加热电源, 采用串联谐振电路。

主电路整流部分采用了三相全控整流电路，逆变电路采用了单相逆变桥。

串联逆变器的输入电压恒定，近似为恒压源，逆变元件采用IGBT,利用单片机控制其开关，控制部分采用PIC16F877单片机，实现对中频电源的控制。

其中使用了IGBT专用驱动芯片。

本设计完成了中频感应电源控制系统的硬件和软件设计任务，实现了负载频率的自动跟踪。

控制电路简单可靠，方案合理。

关键词：整流；逆变；可控硅；IGBT；单片机。

This design is the entire digital mid-frequency induction heating power source. The main circuit rectification part with transported three-phase in this design has all controlled the leveling circuit, inverted the electric circuit to use the single item inversion electric circuit sine pulse width to modulate (SPWM), the load is a antiresonance circuit. This paper introduces a new inversion and three phase bridge rectification control circuit based on PIC16F877 microcontroller for thyristor medium frequency power supply. Meanwhile the hardware and software designs are also provided. It is approved by analysing the experimental results that the circuit softly starts the power supply in the way of sweeping-frequency and zero-voltage, and well tracks the tank resonant frequency in normal working. The power adjustment can be made by adopting SPWM control technology in the system. Series resonance and frequency follow technology are used. The IGBT, as the switch device, can work between 10Hz to 10kHz frequency channel, and based on the principle of the effects . Key Words: inverter; induction;IGBT; single chip computer; rectification.目录第一章全数字中频感应加热电源设计背景 (4)1.1 感应加热的基本原理 (4)1.2 全数字中频感应电源简介 (5)第二章主电路的设计 (9)2.1 可控硅工作原理 (9)2.2 可控硅触发导通 (9)2.3 整流电路的介绍 (9)2.3.1 基本工作原理 (11)2.3.2 电阻负载时三相桥式全控整流特性 (13)2.4 逆变电路的介绍 (16)2.5 负载电路的介绍 (21)2.5.1 电流过零点检测 (21)2.6 主电路的保护介绍 (22)2.6.1 闸管的保护 (22)2.7 主电路的计算及其器件选型 (25)2.7.1 主电路计算部分 (25)第三章控制电路的设计 (26)3.1 PIC单片机介绍 (26)3.2 LM339介绍 (31)第四章软件部分设计 (33)4.1 程序清单 (33)4.2流程图 (59)总结 (63)参考文献 (64)外文翻译 (65)A 外文原文 (65)B 外文译文 (76)致谢 (81)附录 (82)附录一元件明细表 (82)第一章全数字中频感应加热电源设计背景1.1 感应加热的基本原理感应加热是靠感应线圈把电能传递给要加热的金属，然后电能在金属内部转变为热能。

数字电源常用控制算法数字电源的控制算法是指用于调节和控制数字电源输出电压和电流的计算方法和策略。

数字电源控制算法的设计和实现对于数字电源的性能和稳定性具有重要影响。

本文将介绍几种常用的数字电源控制算法。

一、PID控制算法PID控制算法是一种经典的控制算法，在数字电源控制中得到了广泛应用。

PID控制算法通过对输出电压和电流与设定值之间的误差进行比例、积分和微分的运算，来调节控制器的输出信号，实现对数字电源输出的精确控制。

PID控制算法具有简单、稳定、易于实现的特点，在数字电源控制中表现出较好的性能。

二、PWM控制算法PWM控制算法是一种将输入信号转换为脉冲宽度调制信号的控制算法。

在数字电源控制中，PWM控制算法通过调节输出脉冲的占空比来控制数字电源输出的电压和电流。

PWM控制算法具有快速响应、高精度和高效率的特点，在数字电源控制中得到了广泛应用。

三、模糊控制算法模糊控制算法是一种基于模糊逻辑推理的控制算法。

在数字电源控制中，模糊控制算法通过建立模糊规则库和模糊推理机制，将输入信号的模糊化处理和输出信号的去模糊化处理相结合，实现对数字电源输出的控制。

模糊控制算法具有较好的鲁棒性和适应性，能够有效应对数字电源输出的非线性和不确定性。

四、神经网络控制算法神经网络控制算法是一种基于神经网络模型的控制算法。

在数字电源控制中，神经网络控制算法通过训练神经网络模型，将输入信号映射为输出信号，实现对数字电源输出的控制。

神经网络控制算法具有较好的自适应性和学习能力，能够适应数字电源输出的动态变化和非线性特性。

五、遗传算法控制算法遗传算法控制算法是一种基于进化计算的控制算法。

在数字电源控制中，遗传算法控制算法通过建立适应度函数和遗传操作，对控制参数进行优化，实现对数字电源输出的控制。

遗传算法控制算法具有全局搜索能力和较好的优化效果，能够找到数字电源控制的最优解。

六、模型预测控制算法模型预测控制算法是一种基于数学模型的控制算法。

数字控制全桥型DC-DC模块电源的设计数字控制全桥型DC-DC模块电源的设计摘要：DC-DC变换器是电子系统中常用的电源转换设备，其性能的稳定性和效率对系统的可靠性和节能性起着重要作用。

本文围绕数字控制全桥型DC-DC模块电源的设计展开了研究。

首先，对DC-DC变换器的结构和工作原理进行了简要介绍。

然后，详细描述了数字控制技术在全桥型DC-DC模块电源设计中的应用。

最后，通过实验验证了本设计方案的性能和有效性。

一、引言随着电子系统的高速发展，对于电源转换设备的性能和效率要求越来越高。

DC-DC变换器作为电源转换的重要组成部分，在电子系统中起到了关键的作用。

传统的模拟控制方式在一定程度上已经无法满足对DC-DC变换器精确控制的要求。

因此，数字控制技术在DC-DC变换器的设计中得到了广泛的应用。

二、数字控制技术数字控制技术是通过数字信号对电源进行控制和调节的一种技术。

它可以使用微处理器或者数字信号处理器来实现对电源的高精度控制。

数字控制技术具有精度高、稳定性好、可编程性强等优点，因此在DC-DC变换器的设计中被广泛采用。

三、全桥型DC-DC模块电源的设计全桥型DC-DC模块电源是一种高效率的DC-DC变换器拓扑结构，具有输出电压可调、输出电流大等优点。

数字控制技术可以精确控制全桥型DC-DC模块电源的输出电压和输出电流，提高了系统的稳定性和可靠性。

1. 电源参数设计在全桥型DC-DC模块电源的设计中，首先需要确定电源的输入电压和输出电压。

通过计算和分析得到合适的输入电压和输出电压，保证电源的工作正常和效率高。

2. 拓扑结构设计全桥型DC-DC模块电源的拓扑结构是由四个功率开关和四个二极管组成的。

使用数字控制技术可以对功率开关的开关时间进行精确调节，实现对电源输出电压的精确控制。

3. 控制策略设计在全桥型DC-DC模块电源的设计中，需要选择合适的控制策略。

传统的PID控制策略已经无法满足要求，因此可以利用数字控制技术设计更高级的控制策略，如模糊控制或者神经网络控制。

数字电源岗位职责数字电源工程师是一种重要的职业，在电子工程领域中扮演着重要的角色。

数字电源工程师的主要职责涵盖了以下几个方面。

1. 电源系统设计：数字电源工程师的主要职责是设计各种电源系统，包括直流/交流电源、开关电源、模拟电源等。

他们需要根据客户需求和系统规格书，设计出一套完整的电源系统，并添加必要的保护装置来保障系统的安全可靠运行。

2. PCB设计：数字电源工程师要熟练掌握电路设计软件和PCB设计软件。

他们需要将电源系统中各个部分的电路设计完成后，使用PCB设计软件将这些电路图转化为实际的PCB版图，并排布所有元器件，保证在最小板面积下最大限度地完成所有功夫元件的布局。

3. 电源系统测试：将电源系统制作出来后，数字电源工程师需要进行系统测试和调试，找出其中的问题，并进行系统优化和调整，保证电源系统的最终性能达到客户需求。

4. 由于数字电源工程师工作的环境是复杂和偏向于高压等危险条件，所以他们必须遵守电池、电路或电子设备使用的安全规范和操作程序以确保人身安全，随时监督和评估现实环境中出现的风险。

5. 电源过程分析：对电源过程分析是电源工程师必须熟练掌握的工作之一。

他们有关于电源工艺过程的各种疑难、问题的反馈，需要从中分析出问题的原因，找出解决问题的办法并制定相关的解决方案。

6. 技术支持：数字电源工程师还需要提供技术支持，帮助客户和团队解决电源系统方面的疑难问题，通过电话呼叫、应急响应等方式解决客户的各种需求和问题。

综上所述，数字电源工程师的主要职责是电源系统设计、PCB 设计、电源系统测试、电源技术分析和技术支持等。

他们需要不断学习和深入掌握电源领域的知识，不断开发新型电源产品。

只有如此，才能为客户提供更好更优质的服务，满足客户的需求和要求。

Science &Technology Vision科技视界0引言开关电源是利用现代电力电子技术,控制开关管开通和关断的时间比率,维持稳定输出电压的一种电源,包括脉冲宽度调制(PWM)控制IC 和MOSFET 两部分。

与其它类型电源相比它不仅具有体积小和重量轻的优点,开关电源的效率也更高,因而开关电源被广泛应用于各个电子领域,如家电行业、交通设施、工业设备等等。

随着数字技术的发展,DSP 芯片技术日益成熟,DSP 芯片的功能也日益强大和完善,性价比不断上升。

DSP 芯片技术的完善也为开关电源应用数字控制提供了可行性方案。

本文就基于DSP 的数字开关电源的设计与实现进行探讨。

1DSP 概述DSP(数字信号处理器)是一种依靠数字运算处理信息的独特微处理器,工作原理如下:模数转换器接受模拟信号后再将其转换成0和1的数字序列,再对其进行数字滤波、IFFT 等数学运算处理[1]。

并结合相应的控制算法将数字信号生成相应的控制量,最后经过数模转换器或者PWM 信号将其转换成所需的形式,例如通过数模转换器将控制量转换成模拟信号。

DSP 的可编程性灵活、计算能力强,DSP 最高可执行数十亿条各种类型的计算指令,其执行能力远远强于其它处理器。

2基于DSP 的数字开关电源硬件整体设计基于DSP 的数字开关电源系统是一个综合性很强的系统,它由硬件系统和软件系统组成,基于DSP 的数字开关电源开发过程设计电子工程、软件工程等多个方面的知识。

本文结合飞思卡尔公司生产的MC56F8323开关电源,介绍基于DSP 的数字开关电源系统硬件设计。

基于DSP 的数字开关电源的硬件系统由EMC 模块、PFC 模块、DC-DC 模块、控制器模块、驱动电路五个部分组成,EMC 模块消除可消除200V 市电的共模和差模的干扰,同时减少开关管产生的高频干扰进入市电,从而减少市电受高频干扰的程度[2]。

PFC 模块的功能为提高电源的功率因子,减少无功功率;DC-DC 模块负责对不同的电压进行转换处理,将不同的电压转换成适宜的电压,再输出电压。

数字电源方案第1篇数字电源方案一、背景随着信息技术的飞速发展，数字电源的应用日益广泛。

为确保数字电源的稳定、高效、安全运行，制定一套合法合规的数字电源方案至关重要。

本方案旨在规范数字电源的设计、施工、验收和维护过程，确保项目质量，满足用户需求。

二、目标1. 符合国家相关法律法规和行业标准；2. 确保数字电源系统的稳定性、可靠性和安全性；3. 提高数字电源系统的能效，降低运行成本；4. 方便用户使用和维护，提高用户体验。

三、方案内容1. 数字电源系统设计（1）设计原则1. 符合国家电力行业相关标准；2. 满足用户需求，充分考虑负载特性；3. 系统具备良好的扩展性和可维护性；4. 选用高效、节能、环保的设备和材料；5. 确保系统安全，防止电气火灾等事故。

（2）设计内容1. 电源系统架构设计：根据用户需求，选择合适的电源架构，如集中式、分布式等；2. 设备选型：根据负载特性，选择合适的电源设备，如不间断电源（UPS）、稳压电源、变频器等；3. 电缆和敷设方式：根据负载电流和电缆长度，选择合适的电缆类型和敷设方式；4. 保护措施：配置合适的过载保护、短路保护、漏电保护等装置；5. 监控系统：配置电源监控系统，实时监测电源系统运行状态，发现异常及时报警。

2. 数字电源系统施工（1）施工准备1. 审查施工图纸，了解电源系统施工要求；2. 准备施工材料、设备和工具；3. 培训施工人员，确保其具备相应的技能和资质；4. 办理施工许可等相关手续。

（2）施工过程1. 按照设计图纸进行设备安装、电缆敷设、接线等操作；2. 严格遵守施工工艺和操作规程，确保施工质量；3. 施工过程中，做好现场管理和安全防护措施；4. 施工结束后，进行系统调试和验收。

3. 数字电源系统验收（1）验收标准1. 符合国家电力行业相关标准；2. 系统运行稳定，无异常现象；3. 设备安装牢固，接线正确；4. 保护装置动作正常，符合设计要求；5. 监控系统功能齐全，运行正常。

基于ST STM32F334C8AC-DC 2KW On Board Charger 数位电源方案方案设计-百能云芯封装规格：CARD所需元件型号：STEVAL-ISA172V2制造商：STMICRO商品介紹:STEVAL-ISA172V2是一款2kW 全数字开关模式AC-DC 转换器，由两个功率部分组成：一个两相交错式功率因子校正器（PFC ）和一个DC-DC 相移全桥转换器,都由STM32F334微控制器控制。

交错式PFC 包括两个基于600V MDmesh M2功率MOSFET 且相位差为180的升压转换器。

下游部分包括一个基于MDmesh DM2功率MOSFET 的DC-DC 相移全桥转换器，并使用HF变压器执行降压，选择的初级与次级比例可在整个工作范围内保持足够高的效率和调节。

在初级侧，变压器由全桥转换器供电，由于零电压开关（ZVS ）操作，开关损耗得以降低。

在次级侧，同步整流（SR ）用于确保低传导损耗。

输出电压波形由STripFET 功率MOSFET整流，然后由输出滤波器平滑。

规格说明：输入交流电压：90V 至264V 输出电压：48V 或52V ，最大输出电流：42A输入交流频率：45Hz 至65Hz 标称输出功率：2kW 交错式PFC 阶段PFC 开关频率：60kHzPFC平均电流模式控制逐周期PFC 电流控制最大功率因子：0.99DC-DC 级：具有同步整流的全桥相移ZVSDC-DC 开关频率：100kHz 整体效率：80PLUS 白金级高频变压器隔离电压：4kV 根据输出功率对风速进行强制冷却过热保护输出短路保护PFC 控制和DC-DC 控制：由STM32F334C8管理基于MDmesh M2功率MOSFET 和SiC 二极管的PFC 功率级基于MDmeshDM2功率MOSFET 的DC-DC 功率级基于STripFET 功率MOSFET 的同步整流基于MDmesh DM2功率MOSFET 的有源箝位电路降低噪音的EMC 滤波器符合RoHS ＥＤＬＣ超大容量电容ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｉｃｄｅａｌ．ｃｏｍ／ｐｒｏｄｕｃｔ／ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ－１０４８３／ｏｄｕｃｔ／ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ－１０４８３／ｏｄｕｃｔ／ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ－１０４８３／ＥＤＬＣ超大容量电容ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｉｃｄｅａｌ．ｃｏｍ／ｐｒｏｄｕｃｔ／ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ－１０４８３／ＥＤＬＣ超大容量电容ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｉｃｄｅａｌ．ｃｏｍ／ｐＥＤＬＣ超大容量电容ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｉｃｄｅａｌ．ｃｏｍ／ｐ。

基于FPGA的数字电源系统设计与实现标题：基于FPGA的数字电源系统设计与实现摘要：本文提出了一种基于可编程逻辑器件（FPGA）的数字电源系统设计方案，实现了对电源系统的数字化控制和监测功能。

通过利用FPGA的灵活性和高可编程性，实现了电源系统的高效能、高可靠性和高精度的数字化控制和监测。

关键词：FPGA、数字电源系统、可编程逻辑器件、控制、监测1. 引言电源系统是电子设备的核心组成部分，它负责为电子设备提供稳定、可靠的电源供应。

传统的电源系统通常采用模拟控制和监测方式，存在低效率、低可靠性和低精度等问题。

可编程逻辑器件（FPGA）具有灵活性强、可编程性高、资源丰富等特点，适用于复杂的数字控制和监测系统。

基于FPGA的数字电源系统能够实现电源系统的数字化控制和监测，提高电源系统的效能、可靠性和精度。

2. 基于FPGA的数字电源系统设计基于FPGA的数字电源系统设计主要包括以下几个方面：(1) 电源控制模块设计：利用FPGA的高度可编程性，设计电源控制模块，实现对电源输出电压和电流的精确控制。

通过采用PID控制算法，调节电源输出的稳态误差，提高电源控制的精度和稳定性。

(2) 监测模块设计：设计电源输出电压、电流、功率等参数的监测模块，实时监测电源系统的工作状态。

通过采用高分辨率的采样电路和精确的测量算法，提高电源参数的监测精度和实时性。

(3) 通信模块设计：设计与外部通信接口的模块，实现与上位机或其他设备的数据交互。

通过采用高速串行通信接口，实现与外部设备的实时数据传输和控制。

(4) 故障检测与保护模块设计：设计电源系统的故障检测和保护模块，实现对电源系统的实时故障监测和保护。

通过采用故障检测电路和保护算法，提高电源系统的可靠性和安全性。

3. 基于FPGA的数字电源系统实现基于FPGA的数字电源系统实现主要包括以下几个步骤：(1) 硬件设计：根据电源系统的需求和设计方案，设计电源系统的硬件电路，包括电源电路、控制电路、监测电路等。