【導(dǎo)讀】到了廣泛的應(yīng)用。采用模擬控制方式的開(kāi)關(guān)電源存在參數(shù)溫度漂移、抗干擾能力差、可配置性不強(qiáng)等諸多。隨著微電子技術(shù)的不斷發(fā)展，開(kāi)關(guān)電源的數(shù)字化研究己成為開(kāi)關(guān)電源的熱點(diǎn)。平均法建立其大信號(hào)模型。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合設(shè)計(jì)指標(biāo)，詳細(xì)探討了基本參數(shù)的選取原則，如濾波電容、在硬件方面，為了保證輸出性能優(yōu)越和隔離要求，應(yīng)用高精度線性光禍設(shè)計(jì)了輸出電壓采樣電路;為。的友好人機(jī)接口。在系統(tǒng)小信號(hào)模型的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了模糊規(guī)則表，利用查表法選取參數(shù)，減小了算法的復(fù)雜度。開(kāi)關(guān)干擾，設(shè)計(jì)了EMI濾波器，同時(shí)對(duì)系統(tǒng)抗干擾設(shè)計(jì)也進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。

　　

【正文】 其電源電壓輸入范圍 10~35V，輸出電流士 ，開(kāi)通時(shí)間 微妙，隔離電壓大于 2500V，完全適合該應(yīng)用場(chǎng)合?？紤]到發(fā)光二級(jí)管的額定電流為 20毫安，下拉電阻選擇R=15O 歐姆。其電路如圖 34所示。 圖 34 驅(qū)動(dòng)電路 溫度檢測(cè)電路 為了保證系統(tǒng)安全，系統(tǒng)溫度需要實(shí)時(shí)監(jiān)控，本設(shè)計(jì)采用溫度傳感器 AD59O，檢測(cè)溫度皖西學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 信息，由于需要精確的參考電源，選用 AD581 作為參考源，溫度傳感器 AD590 是美國(guó)模擬 器件公司生產(chǎn)的單片集成兩端感溫電流源，溫度和流過(guò)兩端的電流成正比，測(cè)量范圍為一55OC~1500C，適合本設(shè)計(jì)的需求。測(cè)量電路圖如圖 35 所示。 圖 35溫度檢測(cè)電路 輸出電壓表達(dá)式 )( 120 RvTRv ref?? (37) 其中， vo 為 AD輸入電壓， vref為參考源輸出， T為溫度 (AD590 通過(guò)的電流）。 液晶顯示模塊接口 本設(shè)計(jì)選擇 LM19264A漢字圖形液晶顯示模塊作為顯示部分。其讀 /寫(xiě)時(shí)序圖分別如圖 36和圖 37所示。該液晶模塊的使能信號(hào) E的周期 tcyc最小為 1500ns，使能信號(hào)脈沖寬度 PWEH、PWEL 最小為 7O0ns。在 E為高電平時(shí)，該液晶模塊處于使能階段。 DSPTMS320F2812 的讀、寫(xiě)周期最大值為 180ns，而液晶模塊的讀、寫(xiě)周期即 E 的高電平信號(hào)最小為 70Ons， DSP 的讀 /寫(xiě)時(shí)序不能滿(mǎn)足該液晶模塊的要求。所以，需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的外部硬件等待電路來(lái)擴(kuò)展 DSP 的讀 /寫(xiě)周期。這里，由于 TMS320F2812 的讀 /寫(xiě)周期 (激活階段 )的最大值為 14個(gè) XTIMCLK 周期，如果將 XTIMCLK 的頻率設(shè)置為 SYSCLKOUT 的 1/2，則讀 /寫(xiě)周期的最大值為 180ns。 為了匹配讀寫(xiě)慢速設(shè)備的要求，利用 TMS320F2812 的 XREADY 信號(hào)和相關(guān)的外部讀 /寫(xiě)控制信號(hào)，通過(guò)CPLD 芯片，來(lái)實(shí)現(xiàn)外部硬件等待電路。 皖西學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 圖 36 液晶模塊的讀時(shí)序 圖 37 液晶模塊的寫(xiě)時(shí)序 DSP 與液晶模塊的接口連接如圖 38。將液晶模塊映射在 DSP 的 XZCS6 區(qū)上，由于制造商已經(jīng)裝配好了液晶顯示驅(qū)動(dòng)和分壓電路，并提供了驅(qū)動(dòng)電路接口，使得液晶顯示模塊和微處理器的接口十分方便。該模塊共有 13 條信號(hào)線， RS是寄存器選擇，低電平選擇指令寄存器，高電平選擇數(shù)據(jù)寄存器。側(cè) W是讀 /寫(xiě)控制端，低電 平寫(xiě)顯示模塊，高電平讀顯示模塊。 CSA、CSB 為驅(qū)動(dòng)器片選信號(hào)線，可以選擇相應(yīng)的顯示區(qū)域。 E為允許輸入信號(hào)線 (數(shù)據(jù)讀 /寫(xiě)操作允許信號(hào) )，高電平有效。 DBODB7 為數(shù)據(jù)線。在實(shí)際電路設(shè)計(jì)中還需注意，由于該液晶顯示模塊是 SV 設(shè)備，所以在連接控制線、數(shù)據(jù)線時(shí)需要加電平隔離和轉(zhuǎn)換設(shè)備，可以使用 74Ivc4245芯片。 皖西學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 圖 38 DSP 與液晶顯示模塊連接示意圖 由于 DSP 芯片需要通過(guò) XREADY 信號(hào)來(lái)延長(zhǎng)讀、寫(xiě)周期，使之與液晶顯示模塊 E 的使能信號(hào)相匹配，所以設(shè)計(jì)了外部硬件等待電路。該電路是通過(guò) CPLD 芯 片 EPM7O64S 來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在DSP 系統(tǒng)中，采用 CPLD 芯片設(shè)計(jì)外圍接口電路主要是由于硬件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單。由于 CPLD 具有引腳重定義功能，使得 PCB板的設(shè)計(jì)要簡(jiǎn)化得多。并且， MAX7000 系列 CPLD 功能強(qiáng)大，可以很容易實(shí)現(xiàn)地址譯碼、等待時(shí)序的插入。所以，僅僅通過(guò)一片 EPM7064s，可以實(shí)現(xiàn) DSP 所有的外圍接口電路以及等待時(shí)序的插入。使 DSP 系統(tǒng)達(dá)到小型化、集成化和高可靠性。這里，僅利用它實(shí)現(xiàn)漢字圖形液晶顯示器的部分。其中，它的輸入時(shí)鐘為 TMS320F2812 的輸出信號(hào)XCLKOUT。 EMI 濾波器 EMI 電源濾波器是一種由電感、電容組成的低通濾波器，它允許直流或工頻 (5OHz、 40oHz)信號(hào)通過(guò)，對(duì)頻率較高的其他信號(hào)有較大的衰減作用。根據(jù)抑制千擾的程度， EMI 電源濾波器通常分為一般性能和高性能 (高階 )兩種電源濾波器。圖 39和圖 310給出單環(huán)和雙環(huán)電源濾波器的典型電路，前者為一般性能電路，后者為高性能電路。 皖西學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 圖 39 單級(jí) EMI 濾波器 圖 310 多級(jí) EMI 濾波器 (1) 電路結(jié)構(gòu)選取原則 在實(shí)際應(yīng)用中， EMI 電源濾波器兩端阻抗通常都是處于配狀態(tài)。當(dāng)處于失配狀態(tài)時(shí)， EMI信號(hào)會(huì)在它的輸入和輸端口產(chǎn)生反射。失配越大，反射越大。我們可以利用這個(gè)反射原則，根據(jù) EMI 電源濾波器將要連接的具體源和負(fù)載阻值情況，設(shè)計(jì)其電路結(jié)構(gòu)和參數(shù)來(lái)獲得滿(mǎn)意的抑制效果。在進(jìn)行濾波器電路結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)遵循下列原則 :當(dāng)源抗是高阻時(shí)，濾波器的輸入阻抗應(yīng)為低阻，反之亦然。當(dāng)負(fù)載阻抗是高阻時(shí)，濾波器的輸出阻抗應(yīng)為低阻，反之亦然。 (2) 開(kāi)關(guān)電源的干擾信號(hào)特點(diǎn) 開(kāi)關(guān)電源的干擾信號(hào)按傳導(dǎo)模式可分為共模干擾信號(hào)和差模干擾信號(hào)。根據(jù)其特點(diǎn)可粗略地劃為三個(gè)頻段 : 差模干擾為主 。 差模、共模干擾共存 。5~30MHz 共模干擾為主。在設(shè)計(jì)時(shí)如果哪個(gè)頻段不達(dá)標(biāo)，可針對(duì)該頻段加強(qiáng)濾波效果。例如在 頻段不達(dá)標(biāo)，可以加強(qiáng)差模干擾信號(hào)的抑制，增大電容 Cx 的值或添加差模扼流圈 。如在5~30MHZ 頻段不達(dá)標(biāo)，可以加強(qiáng)共模干擾信號(hào)的抑制，增大電容 Cy的值或增加共模濾波的級(jí)數(shù)。在本系統(tǒng)抑制干擾信號(hào)時(shí)，重點(diǎn)還是放在共模干擾信號(hào)的抑制上。將電路圖 39 分解為共模等效電路和差模等效電路，如圖 311 所示 （ A）等效共模電路 （ B）等效差模電路 皖西學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 圖 311 等效差模電路和共模電路 采用 A參數(shù)表示濾波器網(wǎng)絡(luò)， A 參數(shù)矩陣為： ???????22211211 aa aaA (38) 分別計(jì)算出圖 311濾波器網(wǎng)絡(luò)的 A 參數(shù)，并將其帶入插入損耗的最終計(jì)算公式得出單環(huán)共模插入損耗為 : ? ? )l g (20)()(lg10 222 LsLsyLyLsCM RRRRCLRLCRRIL ??????? ??? (39) 得出差模插入損耗為： ? ? ? ? )l g (20)()1()1((lg10 221221212222 LsxxexxLsexesxeLDM RRCCLCCRRLCLRCLRIL ??????????? ????? (310) 根據(jù)上述公式，可以得出電路參數(shù)與插入損耗的關(guān)系。在已知 EMC 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的相應(yīng)頻段下的插入損耗值時(shí)，可以先固定其中幾個(gè)參數(shù)值，設(shè)定一個(gè)參數(shù)為變量來(lái)進(jìn)行計(jì)算。通常 Rs、 Rl的值設(shè)為 50。，共模電容 Cy 需滿(mǎn)足漏電流的要求，其值必須小于 ，差模電容 Cxl 一般取值在 1 5pF 之間。在計(jì)算共模等效電路時(shí)，以 L 為自變量，在其他參數(shù)已知的條件下，可得出共模扼流圈的電感值 L。同樣的，在計(jì)算差模等效電路時(shí)，以共模扼流圈的漏電感 Le為自變量，在其他參數(shù)已知的條件下，可 求出差模濾波時(shí)所需的漏電感量值。其中， Rs 是源阻抗， RL 負(fù)載阻抗， L 是共模扼流圈的電感， L是共模扼流圈的漏電感， Cy 是對(duì)地共模電容，Cxl 是差模濾波電容， Cxz 取值通常是 Cy 的一半。在不同頻率點(diǎn)和插入損耗下計(jì)算出的電路參數(shù)值中，選取符合設(shè)計(jì)要求的參數(shù)值即可。 抗干擾措施 由于開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)涉及強(qiáng)電和弱電，高速的 MOSFET 的頻繁切換，導(dǎo)致很高的 dv/dt 和di/di，二級(jí)管的反向恢復(fù)，在開(kāi)關(guān)過(guò)渡過(guò)程引起很大的干擾，因此，主電路的布線要尤其注意，務(wù)必保證電流變換快速的環(huán)路面積最小，反饋線路務(wù)必 遠(yuǎn)離主電路，最好能正交布線?？刂齐娐贩栏蓴_的措施也是需要注意的問(wèn)題。當(dāng)控制電路工作時(shí)，內(nèi)部的門(mén)電路將會(huì)發(fā)生“ O”和“ 1”的變換，實(shí)際上是輸出高低電位之間的變換。在變換過(guò)程中，該門(mén)電路中的晶體管將發(fā)生導(dǎo)通和截止?fàn)顟B(tài)的轉(zhuǎn)換，會(huì)有電流從所接電源流入門(mén)電路，或從門(mén)電路流入地線，從而使電源線或地線上的電流產(chǎn)生不平衡，發(fā)生變化，這個(gè)變化的電流叫做△ I 噪聲電流。由于電源線和地線之間存在一定的阻抗，其電流的變化將通過(guò)阻抗引起尖峰電壓，并引發(fā)其電源電壓的波動(dòng)，這個(gè)電源電壓的變化就是△ I 噪聲電壓，會(huì)引起誤操作并產(chǎn)生傳導(dǎo)騷擾和輻 射皖西學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 騷擾。由于在集成電路內(nèi)，多個(gè)門(mén)電路共用一條電源線和地線，所以其他門(mén)電路將受到電源變化的影響，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使這些門(mén)電路工作異常，產(chǎn)生運(yùn)行錯(cuò)誤。這種△ I 噪聲電流也可稱(chēng)為芯片級(jí) M 噪聲電流。同時(shí)，在一塊數(shù)字印制電路板上，常常是多個(gè)芯片共用一條電源線和地線，這樣一個(gè)芯片工作引發(fā)的△ I 噪聲電流將通過(guò)電源線和地線騷擾其他芯片的正常工作，這就是電路板級(jí)△ I噪聲電流。△ I 噪聲電壓對(duì)電路有以下危害 : (l)影響同一集成芯片內(nèi)其他門(mén)電路的正常工作。如果△ I噪聲電壓足夠大，將使門(mén)電路的工作電源電壓發(fā)生較大的偏移，從而使芯片工 作異常，發(fā)生錯(cuò)誤。 (2)影響其他芯片的運(yùn)行，一個(gè)芯片產(chǎn)生的從噪聲將沿著電源分配系統(tǒng)傳導(dǎo)，從而使其他芯片工作異常，發(fā)生錯(cuò)誤。 (3)使得門(mén)電路的輸出發(fā)生波形扭曲變形，從而增加相連門(mén)電路的工作延遲時(shí)間，嚴(yán)重時(shí)可使整個(gè)電路的機(jī)器工作周期發(fā)生紊亂，導(dǎo)致工作錯(cuò)誤。 因此要想解決電子電路中的干擾問(wèn)題，需要首先解決△ I 噪聲電流問(wèn)題。在本系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)中，選擇安裝了 的去藕電容來(lái)提供一個(gè)電流源，以補(bǔ)償邏輯器件工作時(shí)所產(chǎn)生的△ I 噪聲電流，防止器件從電源和接地分布系統(tǒng)中汲取該電流。而且在電路 的 PCB 設(shè)計(jì)時(shí)去藕電容的位置盡可能地并聯(lián)在器件的電源和接地管腳。 布線是印制電路板設(shè)計(jì)圖形化的關(guān)鍵階段，設(shè)計(jì)中考慮的許多因素都應(yīng)在布線中體現(xiàn)出來(lái)，印制板上銅箔導(dǎo)線的布局及相鄰導(dǎo)線間的串?dāng)_等因素會(huì)決定印制板的抗擾度，合理布線可使印制板獲得最佳性能。從抗干擾性考慮，本系統(tǒng)布線應(yīng)遵循的設(shè)計(jì)、工藝原則如下 : (l)滿(mǎn)足布線要求，布線時(shí)應(yīng)優(yōu)先考慮選擇單面板，其次是雙面板、多層板。布線密度應(yīng)綜合結(jié)構(gòu)及電性能要求等合理選取，力求布線簡(jiǎn)單、均勻，導(dǎo)線最小寬度和間距一般不應(yīng)小于 ，布線密度 允許時(shí)，適當(dāng)加寬印制導(dǎo)線及其間距。 (2)電路中的主要信號(hào)線最好應(yīng)匯集于板中央，力求靠近地線，或用地線包圍它。信號(hào)線、信號(hào)回路線所形成的環(huán)路面積要最小，要盡量避免長(zhǎng)距離平行布線。電路中電氣互連點(diǎn)間布線力求最短，信號(hào) (特別是高頻信號(hào) )線的拐角應(yīng)設(shè)計(jì)成 135176。走向，或成圓形、圓弧形，切忌畫(huà)成 900176。或更小角度形狀。 (3)相鄰布線面導(dǎo)線采取相互垂直、斜交或彎曲走線的形式，以減小寄生藕合。高頻信號(hào)導(dǎo)線切忌相互平行，以免發(fā)生信號(hào)反饋或串?dāng)_，可在兩條平行線間增設(shè)一條地線。 (4)妥善布設(shè)外連信 號(hào)線，盡量縮短輸入引線，提高輸入端阻抗。對(duì)模擬信號(hào)輸入線最好加以屏蔽，當(dāng)板上同時(shí)有模擬、數(shù)字信號(hào)時(shí)，宜將兩者的地線隔離，以免相互干擾。 (5)妥善處理邏輯器件的多余輸入端。將與、與非門(mén)多余輸入端接“ l” (切忌懸空 )，非門(mén)多余輸入端接 Vss，計(jì)數(shù)器、寄存器和 D觸發(fā)器等空閑置位，復(fù)位端經(jīng)適當(dāng)電阻接 Vcc，觸皖西學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 發(fā)器多余輸入端必須接地。 (6)選用標(biāo)準(zhǔn)元器件封裝。如需創(chuàng)建元件封裝時(shí)，焊盤(pán)孔距應(yīng)與器件管腳間距一致，以減小引線阻抗及寄生電感。布設(shè)導(dǎo)線時(shí)應(yīng)盡量減少金屬化過(guò)孔，以提高整塊印制板的可靠性。 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方案 本系統(tǒng)采用 TMS320F2812DSP 為控制核心，整個(gè)軟件編程以 C語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言編程為主，采用模塊化設(shè)計(jì)，分別對(duì)主程序、 A/D 中斷程序流程和輔助功能如 (LCD)顯示程序進(jìn)行了設(shè)計(jì)。 主程序設(shè)計(jì) 由于任務(wù)簡(jiǎn)單，主程序負(fù)責(zé)循環(huán)鍵盤(pán)掃描，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)更新，等待 A/D 中斷到來(lái)，其流程圖如圖 312 所示。程序的核心部分在 A/D 中斷子程序當(dāng)中。系統(tǒng)初始化過(guò)程包括 A/D 口、 PWM口等的初始設(shè)定。 A/D 中斷服務(wù)程序流程 圖如圖 313所示。包括讀取輸出電壓信號(hào)，原方電流信號(hào)，其中還包括信號(hào)數(shù)值濾波，計(jì)算完畢誤差變化率后，根據(jù)誤差和誤差的變化率，查詢(xún)△ Kp助，△Ki，計(jì)算 Kp， Ki，完成 PI 運(yùn)算，執(zhí)行限幅操作，更新比較寄存器的值。 輔助功能模塊子程序設(shè)計(jì) LCD 顯示子程序作為重要的人機(jī)接口部分，負(fù)責(zé)運(yùn)行狀況監(jiān)視，參數(shù)設(shè)置的輔助顯示等，方便調(diào)試操作。其程序流程圖如圖 314 所示。 皖西學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 圖 312 主程序流程圖 A /D 中 斷 開(kāi) 始讀 電 壓 信 息計(jì) 算 誤 差 和 誤 差 的 變 化 率查 模 糊 表 求 Δ k p ， Δ k i占 空