直流穩壓電源已廣泛地應用于許多工業領域中。在工業生產中(如電焊、電鍍或直流電機的調速等)，需要用到大量的電壓可調的直流電源，他們一般都要求有可以方便的調節電壓輸出的直流供電電源。目前，由于開關電源[1]效率高，小型化等優點，傳統的線性穩壓電源、晶閘管穩壓電源逐步被直流開關穩壓電源所取代。開關電源主要的控制方式是采用脈寬調制集成電路輸出PWM 脈沖，采用模擬PID調節器進行脈寬調制，這種控制方式，存在一定的誤差，而且電路比較復雜[2]。本文設計了一種以ST 公司的高性能單片機μpsd3354 為控制核心的輸出電壓大范圍連續可調的功率開關電源，由單片機直接產生PWM 波，對開關電源的主電路執行數字控制，電路簡單，功能強大[3]。

　　系統硬件部分由輸入輸出整流濾波電路、功率變換部分、驅動電路、單片機系統和輔助電路等幾部分組成。圖1為單片機控制功率直流電源結構框圖。

　　圖1 單片機控制功率電源結構框圖

　　從圖1中可以看到，50Hz、220V的交流電經電網濾波器消除來自電網的干擾，然后進入到輸入整流濾波器進行整流濾波，變換成直流電壓信號。該直流信號通過功率變換電路轉化成高頻交流信號，高頻交流信號再經輸出整流濾波電路轉化成直流電壓輸出[1]。控制電路采用PWM脈寬調制方式，由單片機產生的脈寬可調的PWM控制信號經驅動電路處理后，驅動功率變換電路工作。利用單片機高速ADC轉換通道定時采集輸出電壓，并與期望值比較，根據其誤差進行PID調節。電壓采集電路實現了直流電壓V0的采集，并使其與A/D轉換器的模擬輸入電壓范圍匹配，在開關電源發生過壓、過流和短路故障時，保護電路對電源和負載起保護作用。輔助電源為控制電路、驅動電路等提供直流電源。

　　3. 開關電源主電路設計

　　開關電源主電路是用來完成DC-AC-DC 的轉換，系統主電路采用全橋型DC-DC 變換器，如圖2 所示。本系統采用的功率開關器件是EUPEC 公司的BSM 50GB120DN2 系列的IGBT 模塊，每個模塊是一個半橋結構，故在全橋系統中，需要兩個模塊。每個模塊內嵌入一個快速續流二極管。

　　圖2 功率直流電源主電路圖

　　4. 控制電路硬件設計

　　4.1 控制電路結構框圖

　　為了精確控制開關電路的電壓輸出，本系統采用脈寬調制方式調節開關管的工作狀態。根據電壓控制算法(可采用改進的PID 控制算法)設置單片機產生不同占空比的方波信號，經過光電耦合器控制開關器件，調整電路輸出設定的電壓值。要使IGBT 正常工作，合適的驅動是至關重要的。驅動電路的任務是將控制電路發出的信號轉換為加在電力電子器件控制端和公共端之間、可以使其開通或關斷的信號。同時驅動電路通常還具有電氣隔離及電力電子器件的保護等功能。本系統采用富士電機公司的EXB系列的EXB841 型集成驅動器對IGBT 進行驅動[4]。

　　4.3 傳感器輸入通道與A/D 轉換

　　系統通過電壓傳感器采集電壓信號，經過A/D 轉換被單片機接收。本系統采用CHV 系列霍爾電壓傳感器采集電壓，采用μpsd3354 單片機內部的A/D轉換器進行模數轉換，線路連接簡單，精度最大為5mV。基本能滿足控制要求。

　　5.3 PID調節子程序

　　PID調節由單片機來實現，單片機對給定信號與反饋信號相減得到的誤差來計算調整量，用以控制開關的占空比。算法中，做了一點修正，當偏差與積分符號相反時，積分清零。因為若符號相反，說明積分項起了反作用，故把積分項清零[5]。PID控制流程圖如圖5所示，參數KP、KI、KD在調試過程中設定。

　　6. 結束語

　　本系統將開關電源與單片機系統結合起來，設計了一種輸出電壓連續可調的功率開關電源。該電源精度高，電路簡單，操作靈活，具有良好的應用前景。單片機控制直流電源符合電力電子新技術產品向“四化”方向發展的要求，即應用技術的高頻化、硬件結構的模塊化、軟件控制的數字化、產品性能的綠色化。