【文章內(nèi)容簡介】 輸人電壓高于用戶定義的正常工 11 作電壓或者低于掉電保護電壓時，輸人掉電保護 (IBOP)動作。該引腳通過帶濾波功能的分壓電阻網(wǎng)絡(luò)連接于整流器的主電路中。當 VINS引腳的電壓超過門限電平 1. 5V時，芯片 UCC28019 將開始進行軟啟動。如果 VINS引腳的電壓低于門限電平 V，控制器將處于關(guān)斷狀態(tài)。只有當 VINS引腳和 VSENSE引腳的電壓均 超過它們各自的使能電平時，控制器才會重新開始軟啟動并進人正常工作狀態(tài)。 引腳 5(VCOMP)：電壓環(huán)路補償。該引腳為內(nèi)部跨導電壓誤差放大器輸出端。該引腳經(jīng)過外部阻容電路接地，構(gòu)成電壓環(huán)路補償器。如果 Vcc ， VINS和 VSENSE的電壓沒有達到門限電壓值， V 腳將被籍位于地 (GND)電位。一旦 Vcc ， VINS和 VSENSE的電壓都超過門限電壓值， VCOMP 腳將被充電直至 VSENSE 引腳的電壓達到其正常調(diào)制電壓的 95%。當動態(tài)響應(yīng)增強時，額外的電流將會被注人該引腳以減小充電時間，該電流在軟啟動期間會受 到抑制。軟啟動時間可以通過該腳外接的電容進行設(shè)。 引腳 6(VSENSE)：輸出電壓檢測。 Boost PFC 變換器的直流輸出電壓經(jīng)過電阻分壓器采樣后接人該引腳，為了濾除高頻噪聲干擾，該腳對地外接一個小電容。當 VSENSE引腳的電壓低于使能門限電平 0. 8V 時，待機功能使控制器關(guān)斷，并且 VCOMP引腳放電。芯片內(nèi)部 VSENSE引腳與地之間串接了一個 100nA 的電流源，可以起開環(huán)保護 (OLP)和管腳懸空保護功能。當 VSENSE 引腳的電壓超過參考電壓的 105%時，輸出過壓保護(OVP)動作并關(guān)閉 GATB(引 腳 8)輸出。當電網(wǎng)或負載的波動導致 VSENSE電壓低于參考電壓的 95%時，增強動態(tài)響應(yīng) (EDR)迅速將輸出電壓調(diào)整為正常調(diào)制電壓。 引腳 7 (Vcc):芯片工作電源。該引腳為芯片工作電源的輸人端，并受內(nèi)部的電源欠壓鎖定保護電路監(jiān)控，如果 Vcc 低于開通門限電壓 ，欠壓鎖定 (UVLO)將會關(guān)斷控制器，同樣，如果 Vcc 的電壓不低于欠壓鎖定 (UVLO)的關(guān)斷門限電平 9. 5V，芯片仍將繼續(xù)工作。為防止高頻噪聲對電源的干擾，通常該管腳對地外接一個 的陶瓷電容，并且盡量靠近 UCC28019 芯片 。 引腳 8(GATE)：柵極驅(qū)動。推挽式柵極驅(qū)動，可以驅(qū)動外部一個或者多個功率MOSFET，提供 ~ 電流驅(qū)動，輸出電壓被鉗位于 12. 5V。 DCDC 變換模塊 DCDC 采用 boost 變換電路，其電路結(jié)構(gòu)如圖 14 所示。 重要參數(shù)選擇具體如下。 二極管參數(shù) 12 在功率 MOSFET 截止期間， VD 正向偏置而導通，最大流通電流達 2A 左右；在 MOSFET 導通期間， VD 反向偏置而截止，此時二極管反向電壓為 Vin。為了確 圖 14 boost 變換電路 保電路的可靠性，故 選取整流二極管 MUR3060 。 功率開關(guān)管 功率開關(guān) MOSFET 所要承受基本電壓為截止時所承受的電壓 Vin，導通時所要承受的流通電流為 2A。為確保電路的可靠性，應(yīng)考慮適當?shù)陌踩Ａ浚蔬x取功率開關(guān)管 IRFP150N，其耐壓，耐流完全滿足要求。 儲能電感 變換器中的電感線圈在任何正常條件下不能飽和，并且為了有好的效率，線圈和磁心的損耗必須要小。理論上電感可具有任何值，大電感具有低波紋電流，且輕載時可連續(xù)導通，但負載瞬態(tài)響應(yīng)差。小的電感波紋電流大，增加了開關(guān)損耗和輸出波紋。在輕載時出現(xiàn) 不連續(xù)導通，且導致系統(tǒng)不穩(wěn)定?？墒瞧渌矐B(tài)響應(yīng)性能好、效率高、尺寸小。所以電感的選擇只能折中，通常選擇使臨界電流低于最小規(guī)定負載電流的電感，或按可接受的波紋電流盡可能地小的標準來選擇。 電感量 通過公式LRSF(min) ≥ VOUTD(1D)/ (fSW(typ)IRIPPLE) 計算出： L≥。另外輸出電流達到 2A，功率較大，由于參數(shù)類型特殊，普通電感遠達不到要求，故選用粗銅線與環(huán)型磁鐵自制電感。 輸出濾波電容 輸出濾波電容 C 兩端電壓為輸出電壓 Vout。 C 的濾波使輸出 Vout 的波形連續(xù) 。對 DCDC 轉(zhuǎn)換器而言，工作頻率越高，所要求的電容值就越低。 系統(tǒng)電路圖 13 系統(tǒng)的整體電路圖如圖 15 所示，具體的參數(shù)需要進一步的確認，可以利用 TI公司的計算軟件計算。 圖 15 系統(tǒng)電路圖 小結(jié) 這一章節(jié)主要介紹了主電路方案、控制芯片 UCC28019 及電路中主要的參數(shù)的選擇 ，是很關(guān)鍵的部分，特別是控制芯片的工作原理，如果這部分的電路不能正常的工作則后面的工作將很難開展，通常的調(diào)試也得要非常的清楚這一部分的知識。 12348765123R 1 C 1LVD 1VD 2VSTVD 3C 2C 3R 2 R 3 R 4R 5R 6R 7R 8LM 317UCC 28019R 9RP 1C 4C 5VD 4VD 5C 6 C 7 C 8C 9C 10C 11 C 12 C 13R 10V inVoutFGDSR 11 14 2 功率因數(shù) 檢測 功率因數(shù)的基本定義 功率因數(shù)的基本定義是指交流輸入有功功率 P 與視在功率 S 的比值，在線性電路中，阻抗 Z=R+jX。其中， R 為電阻， X 為電抗。無論是感抗或容抗，均會使正弦電壓和電流波形產(chǎn)生相位差，但電壓，電流均為正弦波。所以在線性電路中，功率因數(shù)描述了負載的電抗特性，定義為相位差的余弦值 ，但負載呈電阻性時，電壓與電流波形相同，即功率因數(shù)為 1。 在電源電壓為正弦波時，輸入電流波形發(fā)生正弦畸變，導致功率因數(shù)很低，相移功率因數(shù)不能正確反映這種關(guān)系，因為非線性負載的功率因數(shù)與電流的失真情況緊密相關(guān)。為此，功率的定義 為基波電流有效值與電網(wǎng)電流有效值之比然后乘以基波電流與基波電壓的 位移因數(shù)。 功率因數(shù)檢測的實現(xiàn) 在無功率因數(shù)校正的開關(guān)電源中，交流輸入電壓經(jīng)整流后，直接加到濾波電容和蓄電池的兩端。只有交流輸入高于濾波電容兩端電壓時，濾波電容才開始充電，因此輸入電流波形為寬度很窄的脈沖，連續(xù)導電工作模式的功率因數(shù)校正電路采用平均電流控制時，電流波形能夠跟隨電壓波形的變化。在一定的精度范圍內(nèi)，可以通過求得電壓波形與電流波形的相位差來計算電路的功率因數(shù)。因為輸入電壓的周期不變，即角頻率是一定值，所以只需求出相連個同向過零 點的時間就可以計算出電路的功率因數(shù)。 本課題采用的方案是通過比較器檢測出過零點，即比較器輸出的一個邊沿，C8051F020 單片機的兩個外部中斷都是由下降沿來驅(qū)動的，所以會選擇比較器的輸出的下降沿作為過零點的標識，再利用 C8051F020 單片機內(nèi)部的定時器 0 記錄兩點之間的時間，在外部中斷 0 的中斷服務(wù)程序里要啟動定時器 0，然后再外部中斷 1 的中斷服務(wù)程序里停止定時器 0，將計數(shù)值存入緩存變量中，通過計數(shù)值除以定時器的計數(shù)時鐘可以得到計數(shù)時間，然后就可以得到相位差，在調(diào)用系統(tǒng)函數(shù)庫里的 cos 15 函數(shù)就可以計算等到功率因 數(shù)。 由上述方案可以知主要的硬件電路有兩部分，第一、電壓與電流波形采樣電路，實際上就是采用電壓與電流互感器就可以取出電路的電壓與電流信號；第二、過零點取樣電路，通過一個高精度比較器就可以完成，電路比較簡單 如圖 23。主要的軟件部分有以下幾部分，首先，初始化系統(tǒng)中斷定時器 0，使能兩個外部中斷及將端口復用到通用端口，使定時器工作在 16 計數(shù)狀態(tài)；然后是兩個外部中斷的中斷服務(wù)程序的編寫，其次計算功率因數(shù)并將其每一位變成其 ANCII 碼送顯示。 圖 23 過零比較電路 實現(xiàn)程序 int0_isr 函數(shù)是外部中斷 0 服務(wù)程序，主要的功能是啟動定時器 0，并將寄存器清零， int1_isr 函數(shù)是外部中斷 1 的服務(wù)程序，主要的功能是停止定時器 0，緩存計數(shù)值， Timer0_init 初始化定時器 0 。 void int0_isr(void) interrupt 0 { TH0 = 0。 TL0 = 0。 TR0 = 1。 } void int1_isr(void) interrupt 2 { TR0 = 0。 uIUCCP 0 . 0P 0 . 1電流互感電壓互感Tlc 3116Tlc 3116 16 T_power = TH0 T_power = ((T_power8)|TL0)。 } void Timer0_init(void) { CKCON = 0x00。 TMOD = 0x01。 } 小結(jié) 這一章完成了功率因數(shù)采樣的硬件電路與程序的編寫，有一定的挑戰(zhàn)，完成這部分的工作首先得要求主電路能正常的工作，在實際的調(diào)試過程中我做了一個小的硬件調(diào)試環(huán)境，就是用移相器將一路信號移相后輸入到比較電路結(jié)果在顯示器上，表示這部分的電路沒有問題了。 17 3 輸出采樣與顯示電路 控制器的選擇 隨著半導體制造技術(shù)的飛速發(fā)展，出現(xiàn)了各種各樣的 高集成度微控制器，與通用的 51 單片機相比，這些控制器有很多的優(yōu)點。如多級流水線的內(nèi)核，高集成度的數(shù)字外設(shè)，根據(jù)設(shè)計的需要選擇的控制器是 silicon 公司的 C8051F020 單片機。 C8051F020 的內(nèi)核 該 與 8051 完全兼容 C8051F020 系列器件使用 Silicon Labs 的專利 CIP51 微控制器內(nèi)核。 CIP51 與 MCS51TM 指令集完全兼容，可以使用標準 803x/805x 的匯編器和編譯器進行軟件開發(fā)。 CIP51 內(nèi)核具有標準 8052 的所有外設(shè)部件，包括 5 個16 位的計數(shù)器 /定時器、兩個全雙工 UART、 256 字節(jié)內(nèi)部 RAM、 128 字節(jié)特殊功能寄存器（ SFR）地址空間及 8/4 個字節(jié)寬的 I/O 端口。速度提高 CIP51 采用流水線結(jié)構(gòu)，與標準的 8051 結(jié)構(gòu)相比指令執(zhí)行速度有很大的提高。在一個標準的 8051 中，除 MUL 和 DIV 以外所有指令都需要 12 或 24 個系統(tǒng)時鐘周期，最大系統(tǒng)時鐘頻率為 1224MHz。而對于 CIP51 內(nèi)核， 70%的指令的執(zhí)行時間為 1 或 2 個系統(tǒng)時鐘周期，只有 4 條指令的執(zhí)行時間大于 4 個系統(tǒng)時鐘周期。 CIP51 共有 111 條指令。 片內(nèi)存儲器 CIP51 有標準的 8051 程序和數(shù)據(jù)地址配置。它包括 256 字節(jié)的數(shù)據(jù) RAM，其中高 128字節(jié)為雙映射。用間接尋址訪問通用 RAM 的高 128 字節(jié)，用直接尋址訪問128 字節(jié)的 SFR地址空間。數(shù)據(jù) RAM 的低 128 字節(jié)可用直接或間接尋址方式訪問。前 32 個字節(jié)為 4 個通用寄存器區(qū)，接下來的 16 字節(jié)既可以按字節(jié)尋址也可以按位尋址。 C8051F020/1/2/3 中的 CIP51 還另有位于外部數(shù)據(jù)存儲器地址空間的 4K 字節(jié)的RAM 塊和一個可用于訪問外部數(shù)據(jù)存儲 器的外部存儲器接口（ EMIF）。這個片內(nèi)的 4K 字節(jié) RAM 塊可以在整個 64K 外部數(shù)據(jù)存儲器地址空間中被尋址（以 4K 為邊界重疊）。外部數(shù)據(jù)存儲器地址空間可以只映射到片內(nèi)存儲器、只映射到片外存儲器、或兩者的組合（ 4K 以下的地址指向片內(nèi)， 4K 以上的地址指向 EMIF）。 EMIF 可 18 以被配置為地址 /數(shù)據(jù)線復用方式或非復用方式。 MCU 的程序存儲器包含 64K 字節(jié)的 FLASH。該存儲器以 512 字節(jié)為一個扇區(qū)，可以在系統(tǒng)編程，且不需特別的外部編程電壓。從 0xFE00 到 0xFFFF 的 512 字節(jié)被保留，由工 廠使用。還有一個位于地址 0x10000 0x1007F 的 128 字節(jié)的扇區(qū)，該扇區(qū)可作為一個小的軟件常數(shù)表使用。 12位模 /數(shù)轉(zhuǎn)換器 C8051F020/1有一個片內(nèi) 12位 SAR ADC（ ADC0），一個 9通道輸入多路選擇開關(guān)和可編程增益放大器。該 ADC工作在 100ksps的最大采樣速率時可提供真正的 12位精度， INL為 177。1LSB。 C8051F022/3有一個片內(nèi) 10位 SAR ADC，技術(shù)指標和配置選項與C8051F020/1的 ADC類似。 ADC0的電壓基準可以在 DAC0輸出和一個外部 VREF引腳之間選擇。對于 C8051F020/2器件， ADC0有其專用的 VREF0輸入引腳；對于C8051F021/3器件， ADC0與 8位的 ADC1共享 VREFA輸入引腳。片內(nèi) 15ppm/176。C的電壓基準可通過 VREF輸出引腳為其它系統(tǒng)部件或片內(nèi) ADC產(chǎn)生基準電壓。 ADC完全由CIP51通過特殊功能寄存器控制。有一個輸入通道被連到內(nèi)部溫度傳感器，其它 8個通道接外部輸入。 8個外部輸入通道的每一對都可被配置為兩個單端輸入或一個差分輸入。系統(tǒng)控制器可以將 ADC置于關(guān)斷狀態(tài)以節(jié)省功耗。可編程增益放大器接在模擬多路選擇器 之后，增益可以用軟件設(shè)置，從 16以 2的整數(shù)次冪遞增。當不同ADC輸入通道之間輸入的電壓信號范圍差距較大或需要放大一個具有較大直流偏移的信號時（在差分方式， DAC可用于提供直流偏移），這個放大環(huán)節(jié)是非常有用的。A/D轉(zhuǎn)換有 4種啟動方式：軟件命令、定時器 2溢出、定時器 3溢出和外部信號輸入。這種靈活性允許用軟件事件、外部硬件信號或周期性的定時器溢出信號觸發(fā)轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換結(jié)束由一個狀態(tài)位指示，