2 程序流程图
本系统由80C196KC的内部定时器T0设定采样时间间隔,T0的中断服务程序分别采集输出电压和负载电流,存入PSD302的响应SRAM中。80C196KC根据采样值与标准值的比较发出命令给PSD302,调节输出幅值或相位。程序流程图如图5所示。
3 谐波分析
理论上讲,利用数制化电源装置可以产生任意形状的电压波形,但由于频率很高时,IGBT的开关时间不可忽略,单片机系统的运行时间也必须加以考虑,故实际上只能得到近似的阶梯状曲线。以最常见的合成正弦电压的情形为例来分析,并忽略二极管和IGBT的导通电压,当VS能输出的最高电压与正弦电压的峰值接近时,输出端UV的电压可展成傅立叶级数
成立时,可使次以内的谐波皆为零。例如,当只有一位单元时,则触发角α1为0.5236弧度,可使5次以内的谐波为零;当有两位单元时,则触发角
分别为0.2037,0.4701,0.9784弧度或0.2093,0.7318,1.4953弧度,可使9次以内的谐波为零,而9次及以上各次谐波频率与基波频率相差很大,易用低通滤波器滤去。若再增加几位电压单元,例如共用八位,如果能选择适当的触发角,则513次以内的谐波皆为零。
4 应用
由以上分析可知,通过改变单片机的控制方式,即可获得各种各样的电压波形,例如用简单的线性插值法,可实现输出无级可调直流电压,因此这种数制化电源装置首先具有通用性,可用于交直流电机的正反转控制及调速、实验室电源等。在输出正弦交流电压时,它的谐波分量比普通的PWM逆变器小得多,如不使用低通滤波器,则可消除滤波器引起的波形失真。它的控制也较简单,可用于对电源要求较高的场合,如高精度变频调速、不间断电源、大功率高效D/A转换器、多电源系统等,原则上可取代PWM。如果用于专门用途,只输出一种电压波形,则整个系统从硬件到软件都可进一步优化,以简化设计,降低成本,提高精度,增强可*性。
随着科学技术的不断进步,器件的集成度越来越高、性能越来越强、功率也越来越大,用它们设计和制造出来的各种装置也正朝小型化、高频化、智能化、大功率方向发展。目前500kHz的VDMOS开关电源在市场上已有售。在采用谐振开关技术时,其开关频率可进一步提高到数兆赫至几十兆赫,效率大于80%,出现了功率密度达每立方英寸30~50W的所谓“卡片式”开关电源。但VDMOS的导通电阻与成正比,限制了它在高频中、大功率领域的应用。IGBT集MOS器件与双极型器件的优点于一体,得到了越来越广泛的应用,有取代GTR和MOSFET的趋势。可以预见,未来的电力电子开关器件具有导通压降更低、开关速度更高、损耗更小等特点,与现代控制理论相结合的数制化电源装置功能也将进一步增强,彻底取代PWM等也将成为必然。