开关稳压电源
文章目录
- 开关稳压电源
- 一、题目要求
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- 1.题目
- 2.系统总体框图
- 二、控制核心和环境配置
- 三、实现系统核心功能
- 四、代码设计
- 总结和注意事项
一、题目要求
1.题目
制作如图所示的开关稳压电源。
2.系统总体框图
二、控制核心和环境配置
MSP430系列单片机：MSP430F6638 IDE：Code Composer Studio
三、实现系统核心功能
1.基本电路和理论
采用Boost电路升压，上图是典型的正输入正输出Boost电路结构。 分析电感电压和电感电流：
开关导通时有： I ( t ) d t = V i n L \frac{I(t)}{dt} = \frac{V_{in}}{L} dtI(t)=LVin P i n = U i n ? I L ? T o n P_{in} = U_{in}\cdot I_L\cdot T_{on} Pin=Uin⋅IL⋅Ton 开关关断时有： I ( t ) d t = V i n − V o L \frac{I(t)}{dt} = \frac{V_{in}-V_o}{L} dtI(t)=LVin−Vo P o u t = ( U o − U i n ) ⋅ I L ⋅ T o f f P_{out} = (U_o-U_{in})\cdot I_L\cdot T_{off} Pout=(Uo−Uin)⋅IL⋅Toff 由此可以推出： V o = V i n 1 − D V_o =\frac{V_{in}}{1-D} Vo=1−DVin
其中 D = T o n T o f f D=\frac{T_{on}}{T_{off}} D=ToffTon，即通过控制开关S的占空比可以控制输出电压的大小。这是软件控制实现稳压的理论基础。
2.电路的改进
将电路的开关换成mos管，二极管也换成mos管，通过生成两个互补的PWM波可以实现"开关"的导通和关断，注意设置死区! 否则可能造成电路短路!
3.用PID算法实现稳压
本系统使用ADS1118芯片进行电压电流采样，通过采样得到的电压进行负反馈实时调节给mos管的PWM波占空比。在本题中，由于系统对输出电压的损耗很小，几乎没有稳态误差，故用PI调节即可。
PI调节代码如下
float PID(void)
{
float deltD;
deltV[1] = Vin - Vout; //当前
deltD = Kp * (deltV[1] - deltV[0]) + Ki * deltV[1];
deltV[0] = deltV[1]; //当前值赋先前值
return deltD;
}
值得注意的是，有的AD芯片单次采样值可能会产生较大误差，可以取多次采样的值作平均以得到较为准确的采样值，这样可以使PI调节更准确稳定。
同时，由于PI调节的范围可能较大，调节的占空比范围最好取一个限定范围，防止烧毁mos管。
四、代码设计
主函数
main.c中的顶层代码如下
#include <msp430.h>
#include "lib/oled/oled.h"
#include "lib/oled/key_button.h"
#include "lib/ADS1118.h"
#include "lib/setclock.h"
#include "lib/PWM.h"
/** * main.c */
void Vinctrl(void);
float PID(void);
void PWMctrl(float deltD);
void getAD(void);
void overCurrent(void);
void showStatus(void);
int dataLen(int data);
const unsigned int adsConfig0 = 0xc38b;
const unsigned int adsConfig1 = 0xd38b;
const double FS = 4.096;
const float R = 0.04955;
int a = -1;
float Ki = 0.020; //0.020
float Kp = -0.0010; //-0.0010
float Vin = 33;
float Vout = 0;
float Iout = 0;
float deltV[2] = {
0}; //deltV[1]为当前值，deltV[0]为先前值
int duty = 218;
int main(void)
{
WDTCTL = WDTPW | WDTHOLD;
SetClock_MCLK12MHZ_SMCLK12MHZ_ACLK32_768K();
ADS1118_GPIO_Init();
init_PWM();
init_key();
OLED_Init();
OLED_Clear();
//过流保护管脚的初始化
P8DIR |= BIT4; //输出
// P8REN &=~ BIT4; //拉低使能
P8OUT &=~ BIT4; //拉低
while(1)
{
a = key();
Vinctrl();
PWMctrl(PID());
// PWMctrl(0);
getAD();
showStatus();
}
}
完整代码见程序压缩包
总结及注意事项
升压和稳压的关键在于PI算法合理地调节两互补PWM波的占空比，PWM波可以用硬件产生或者软件中断产生。 在写AD采样函数的时候要注意看AD芯片的datasheet，关注其时序要求、采样量程以及采样模式。