开关稳压电源

文章目录

开关稳压电源
一、题目要求
- 1.题目
- 2.系统总体框图
二、控制核心及环境配置
三、系统核心功能实现
- 1.基本电路及理论
- 2.电路的改进
- 3.用PID算法实现稳压
四、代码设计
总结及注意事项

一、题目要求

1.题目

制作如图所示开关稳压电源。

2.系统总体框图

二、控制核心及环境配置

MSP430系列单片机：MSP430F6638
IDE：Code Composer Studio

三、系统核心功能实现

1.基本电路及理论

采用Boost电路实现升压，上图是一个典型的正输入正输出的Boost电路结构。
分析电感电压和电感电流得到：

开关导通时有：I(t)dt=VinL\frac{I(t)}{dt} = \frac{V_{in}}{L}dtI(t)=LVin Pin=Uin⋅IL⋅TonP_{in} = U_{in}\cdot I_L\cdot T_{on}Pin=Uin⋅IL⋅Ton
开关关断时有：I(t)dt=Vin−VoL\frac{I(t)}{dt} = \frac{V_{in}-V_o}{L}dtI(t)=LVin−Vo Pout=(Uo−Uin)⋅IL⋅ToffP_{out} = (U_o-U_{in})\cdot I_L\cdot T_{off}Pout=(Uo−Uin)⋅IL⋅Toff
由此可以推出：Vo=Vin1−DV_o =\frac{V_{in}}{1-D}Vo=1−DVin

其中D=TonToffD=\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。

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