LC5615串行數(shù)模轉換器在開關電源中的應用

1、TLC5615串行數(shù)模轉換器在開關電源中的應用編輯導讀:AD7416在洗浴中心溫控的應用|基于USB接口的可見光無線接入設計|基于VHDL實現(xiàn)的十六路彩燈控制系統(tǒng)|8051、ARM和DSP指令周期的測試與分析|單片機遠程語音報警系統(tǒng)|基于ARM處理器的MVB 2類設備研究|基于SPCE061A單片機的髖作用力測試儀設計|基于微控制器的全數(shù)字雙向DC/DC變換器的研制|飽和電抗器穩(wěn)流系統(tǒng)的應用|基于MSP430單片機的實時多任務操作系統(tǒng)|正文：開關電源具有體積小、效率高、重量輕、噪聲低等優(yōu)點，其應用越來越廣泛。我們在設計蓄電池充電器時，就采用開關電源作為主電路，其中開關器件采用第三代IGBT，其

2、主要優(yōu)點是耐壓高，驅動功率小，開關頻率高，導通電阻小。在主控制板設計中，需要一可變的基準電源，改變基準電壓的大小就可改變充電電壓的大小，而變化的基準電壓需借助數(shù)模轉換器產生。目前，數(shù)模轉換器從接口上可分為兩大類：并行接口數(shù)模轉換器和串行接口數(shù)模轉換器。并行接口數(shù)模轉換器的引腳多，體積大，占用單片機的口線多；而串行數(shù)模轉換器的體積小，占用單片機的口線少，為減少線路板的面積和占用單片機的口線，可采用TCL5615串行數(shù)模轉換器產生可變基準電壓。 1 TLC5615串行數(shù)模轉換器簡介 ：TLC5615為美國德州儀器公司1999年推出的產品，是具有串行接口的數(shù)模轉換器，其輸出為電壓型，最大輸出電壓是基

3、準電壓值的兩倍。帶有上電復位功能，即把DAC寄存器復位至全零。TLC5615性能價格比高，目前在國內市場很方便購買。 11TLC5615的特點 （1）10位CMOS電壓輸出； （2）5V單電源供電； （3）與CPU三線串行接口； （4）最大輸出電壓可達基準電壓的二倍； （5）輸出電壓具有和基準電壓相同極性； （6）建立時間125s； （7）內部上電復位； （8）低功耗，最大僅175mW。 12TLC5615引腳說明 TLC5615有小型和塑料DIP封裝，DIP封裝的TLC5615芯片引腳排列如圖1所示。 引腳功能說明如下： 腳1DIN：串行數(shù)據(jù)輸入端； 腳8VDD：正電源端。 腳2SCLK：串

4、行時鐘輸入端； 腳7OUT：DAC模擬電壓輸出端； 腳3CS：芯片選用通端，低電平有效； 腳6REFIN：基準電壓輸入端； 腳4DOUT：用于級聯(lián)時的串行數(shù)據(jù)輸出端； 腳5AGND：模擬地； 圖1 TLC5615引腳排列圖 圖2 TLC5615的時序圖 13TLC5615的時序分析 TLC5615的時序如圖2所示。 由時序圖可以看出，當片選CS為低電平時，輸入數(shù)據(jù)DIN由時鐘SCLK同步輸入或輸出，而且最高有效位在前，低有效位在后。輸入時SCLK的上升沿把串行輸入數(shù)據(jù)DIN移入內部的16位移位寄存器，SCLK的下降沿輸出串行數(shù)據(jù)DOUT，片選CS的上升沿把數(shù)據(jù)傳送至DAC寄存器。當片選CS為高

5、電平時，串行輸入數(shù)據(jù)DIN不能由時鐘同步送入移位寄存器；輸出數(shù)據(jù)DOUT保持最近的數(shù)值不變而不進入高阻狀態(tài)。由此要想串行輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)必須滿足兩個條件：第一時鐘SCLK的有效跳變；第二片選CS為低電平。這里，為了使時鐘的內部饋通最小，當片選CS為高電平時，輸入時鐘SCLK應當為低電平。 串行數(shù)模轉換器TLC5615的使用有兩種方式，即級聯(lián)方式和非級聯(lián)方式。如不使用級聯(lián)方式，DIN只需輸入12位數(shù)據(jù)。 DIN輸入的12位數(shù)據(jù)中，前10位為TLC5615輸入的D/A轉換數(shù)據(jù)，且輸入時高位在前，低位在后，后兩位必須寫入數(shù)值為零的低于LSB的位，因為 TLC5615的DAC輸入鎖存器為12位寬。如

6、果使用TL5615的級聯(lián)功能，來自DOUT的數(shù)據(jù)需要輸入16位時鐘下降沿，因此完成一次數(shù)據(jù)輸入需要 16個時鐘周期，輸入的數(shù)據(jù)也應為16位。輸入的數(shù)據(jù)中，前4位為高虛擬位，中間10位為D/A轉換數(shù)據(jù)，最后2位為低于LSB的位即零。 2應用電路實例 圖3 TLC5615與AT89C51單片機接口電路 圖3 給出了在開關電源中，TLC5615和AT89C51單片機的接口電路。在電路中，AT89C51單片機的P3.0P3.2分別控制TLC5615的片選CS，串行時鐘輸入SCLK和串行數(shù)據(jù)輸入DIN。電路的連接采用非級聯(lián)方式。根據(jù)開關電源的設計要求，可變基準電壓范圍為0V4V。因此， TLC5615的

7、基準電壓選為2.048V，其最大模擬輸出電壓為4.096V?？蓾M足開關電源的要求。 TLC5615采用非級聯(lián)方式，將要輸入的12位數(shù)據(jù)存在R0、R1寄存器中，其D/A轉換程序如下： CLRP30；片選有效 MOVR2，4；將要送入的前四位數(shù)據(jù)位數(shù) MOVA，R0；前四位數(shù)據(jù)送累加器低四位 SWAPA；A中高四位與低四位互換 LCALLWRdata；DIN輸入前四位數(shù)據(jù) MOVR2，8；將要送入的后八位數(shù)據(jù)位數(shù) MOVA，R1；八位數(shù)據(jù)送入累加器A LCALLWRdata；DIN輸入后八位數(shù)據(jù) CLRP31；時鐘低電平 SETBP30；片選高電平，輸入的12位數(shù)據(jù)有效 END：結束 送數(shù)子程序如

8、下： WRdata：NOP；空操作 LOOP：CLRP31；時鐘低電平 RLCA；數(shù)據(jù)送入位標志位CY MOVP32，C；數(shù)據(jù)輸入有效 SETBP31；時鐘高電平 DJNZR2，LOOP；循環(huán)送數(shù) RET返回 3結語 由于采用接口簡單的模擬數(shù)字轉換器TLC5615，使得開關電源的硬件電路大為簡化，線路板面積縮小，成本降低。一種80C198單片機測控通用系統(tǒng)編輯導讀:基于MSP430單片機的實時多任務操作系統(tǒng)|AD7416在洗浴中心溫控的應用|基于USB接口的可見光無線接入設計|飽和電抗器穩(wěn)流系統(tǒng)的應用|基于微控制器的全數(shù)字雙向DC/DC變換器的研制|8051、ARM和DSP指令周期的測試與分析

9、|單片機遠程語音報警系統(tǒng)|基于VHDL實現(xiàn)的十六路彩燈控制系統(tǒng)|基于ARM處理器的MVB 2類設備研究|基于SPCE061A單片機的髖作用力測試儀設計|正文：摘要：介紹了一種以80C198單片機為中央處理器的測控通用系統(tǒng),給出了系統(tǒng)的硬件原理圖及常用軟件流程圖,并闡述該系統(tǒng)通用性及特點,以供自動測控設計人員參考. 關鍵詞：單片機測控系統(tǒng)通用性各種測控系統(tǒng)和智能儀器、儀表基本組成包括：傳感器、計算機系統(tǒng)、執(zhí)行器?，F(xiàn)在，傳感器、執(zhí)行器的通用性越來越好，設計自動測控系統(tǒng)或智能儀器儀表有標準的420mA或010mA的標準信號輸出的傳感器和接受標準驅動信號的執(zhí)行器供選擇，因此，設計者只需設計計算機系統(tǒng)部

10、分，計算機系統(tǒng)基本結構是一致的，僅涉及到具體芯片選擇，實現(xiàn)途徑大同小異，加之單片機技術的迅猛發(fā)展，其集成度越來越高，功能越來越強，接口更容易，如80C198，內部有4個帶采樣保持的10位A/D通道，4個高速觸發(fā)輸入通道，6個高速脈沖發(fā)生器的輸出可以觸發(fā)外部事件。一套設計完善的計算機系統(tǒng)便具有極好的通用性。下面介紹一種比較完善的80C198單片機測控系統(tǒng)。1.系統(tǒng)硬件電路原理圖及說明 系統(tǒng)主要由傳感器及濾波電路、80C198單片機、存儲器、鍵盤/顯示器、打印機、執(zhí)行機構及報警裝置、串口通訊、模擬信號輸出等組成，其結構原理如圖1所示。圖1系統(tǒng)硬件原理圖存儲器擴展電路：80C198內部存儲器容量太小

11、，擴展了一片27C128EPROM和一片DS12887帶日歷EPROM(可用28C64換，電路不變)，EPROM中存放測控程序。鍵盤/顯示器電路：系統(tǒng)采用81C55芯片擴展I/O接口，81C55可擴展三個8位并行口：PA、PB、PC，系統(tǒng)可擴展68鍵盤和8位8段共陽(陰) 極LED段顯示器，PB口為鍵盤行輸出口，PA口為列輸入口，PC口為顯示器段選口，LED段及位選信號均由373驅動鎖存。模擬信號輸出電路：系統(tǒng)利用80C198內部的PWM波特率發(fā)生器(占空比52)，經(jīng)CD4049緩沖器，RC阻容濾波器和集成電壓/電流轉換器 (AD694)，輸出420mA標準信號(改變AD694接法，可輸出01

12、0mA)，以供外接計錄儀用，或作為模擬量控制的調節(jié)器的控制信號。串口通訊：系統(tǒng)采用含有一個驅動器和一個接收器MAX系列芯片，用于RS485標準和RS422標準通訊。若采用MAX1480，可構成完整的電隔離的RS485/RS422數(shù)據(jù)通訊接口。2.常用軟件流程圖(如圖2) 圖2軟件流程圖3.系統(tǒng)通用性說明該系統(tǒng)資源豐富：80C198的ACH4ACH7四個采樣保持的10位A/D通道，可適用于14個物理量的檢測，HS0.0HS0.34個高速輸出通道可供14個物理量的控制或報警。該系統(tǒng)可移置性好：一種測控系統(tǒng)，只需替換傳感器及執(zhí)行器，計算機硬件不變，軟件作少量修改，便是另一種測控系統(tǒng)。如我單位專利產品

13、“紙漿濃度測控系統(tǒng)” (由濃度傳感器，該計算機系統(tǒng)及電動調節(jié)閥三部分組成)，只需將濃度傳感器換成壓力傳感器，電動調節(jié)水閥換成電動蒸汽調節(jié)閥，軟件略做改動便可用于蒸汽壓力測控。該系統(tǒng)擴展性好：由于該系統(tǒng)有4個采樣通道和4個輸出通道供選用，系統(tǒng)功能便可多可少，其擴展性強。如果“紙漿濃度測控系統(tǒng)”中增加流量測量，便構成紙漿計量系統(tǒng)。而且該計算機可同時用于幾個物理量的測控(如濃度、壓力、液位等)，只要所測物理量不超過4個，控制動作不超過 4個。4.結束語 我單位利用該計算機系統(tǒng)開發(fā)的7種測控系列產品，在全國造紙廠使用近千套，使用效果理想，為單位及紙廠帶來較大的經(jīng)濟效益和社會效益。開關功率放大器的數(shù)字控

14、制方案研究編輯導讀:基于VHDL實現(xiàn)的十六路彩燈控制系統(tǒng)|基于SPCE061A單片機的髖作用力測試儀設計|基于ARM處理器的MVB 2類設備研究|基于USB接口的可見光無線接入設計|8051、ARM和DSP指令周期的測試與分析|飽和電抗器穩(wěn)流系統(tǒng)的應用|單片機遠程語音報警系統(tǒng)|基于MSP430單片機的實時多任務操作系統(tǒng)|基于微控制器的全數(shù)字雙向DC/DC變換器的研制|AD7416在洗浴中心溫控的應用|正文：功率放大器在音頻功放、發(fā)射系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、聲納探測、振動測試等很多領域都得到廣泛的應用。傳統(tǒng)的功率放大器采用線性放大電路，其效率較低（4060），且體積大，故應用領域受到限制。為了解決傳統(tǒng)功

15、率放大器的缺點，開關功率放大器應運而生1。 目前國內外在高功率（5kW以上）放大器系統(tǒng)設計中，為了滿足功率要求普遍使用IGBT為主的全橋逆變拓撲2。相比之下，以 MOSFET為功率器件的高功率放大器系統(tǒng)的設計方案3只占少數(shù)，而且其開發(fā)的控制方式不能夠很好地解決系統(tǒng)模塊間的均流控制，以及電容器中點電位控制等問題。故急需開發(fā)出以MOSFET為主的高功率放大器系統(tǒng)，以可靠地提高放大器系統(tǒng)的性能。本文提出了一種適合于高功率放大器系統(tǒng)模塊化使用的逆變單元，并詳細介紹了單元的拓撲和數(shù)字控制原理，實驗結果證明了它的良好性能。 1 主電路拓撲 傳統(tǒng)的兩電平全橋逆變拓撲應用于高功率放大器系統(tǒng)時，由于受到器件耐壓

16、的限制，難以使用頻率較高的MOSFET，故系統(tǒng)性能無法有效提高。借鑒了已有的研究，我們采用了文獻4提出的五電平二極管中點鉗位逆變拓撲（“FiveLevel NPC Inverter”，以下簡寫為“FNI”）作為基礎功率單元。圖1所示為FNI電路。 圖1FNI電路 這種FNI結構的基礎NPC逆變拓撲，最早是由Nable等人于1981年提出的。與傳統(tǒng)兩電平變換器相比，有以下優(yōu)點：在大功率系統(tǒng)中，將功率器件直接串聯(lián)使用而無須外加輔助電路；器件耐壓極限降至直流側電壓的一半，使器件的選取變得靈活；輸出波形中諧波成分相對于兩電平變換器大為減少，減輕了濾波環(huán)節(jié)負擔；負載上電壓紋波減小，抑止了電磁干擾問題。

17、2 控制方式的比較與改進 2.1 已有控制方案的介紹 文獻4中Lau W H等開發(fā)的控制方案的優(yōu)點在于提高模塊輸出的等效開關頻率，抑止輸出諧波；缺點在于系統(tǒng)的輸入信號在經(jīng)過PWM調制后，仍不能作為驅動信號使用，還須繼續(xù)進行較繁瑣的計算，故不能很好地使用于現(xiàn)有的數(shù)字信號處理芯片。該方案的詳細分析請見文獻4。 2.2改進的控制方案的原理 改進后的控制方式首先將文獻4中的載波頻率提高一倍至2fC，并調整其偏置后，再進行PWM比較，如圖2所示調制后的信號即為驅動信號。而且控制左右橋臂（Leg1、Leg2）的載波相位相同，沒有文獻4控制方式所要求的相位差，其好處在于避免系統(tǒng)在調整開關頻率的同時還需要調整

18、相位差，同時有利于系統(tǒng)調節(jié)直流側電容的中點電位。圖2改進的控制方案的原理 比較圖2和文獻4可以發(fā)現(xiàn)，開關管的驅動信號是相同的，所以輸出波形也一定是相同的。改進后的控制策略能夠便捷地應用到數(shù)字信號處理芯片中，同時保留文獻4控制方式的優(yōu)點。例如在DSP（TMS320LF2407）芯片上PWM的調制可以通過專職的事件管理模塊EVA及EVB直接完成，這樣大大降低了控制方式的實現(xiàn)難度。 改進后的控制策略也有不足之處，就是也沒有提供解決直流側電容的中點電位不平衡問題的方案。根據(jù)實驗結果可以發(fā)現(xiàn)，由于電路元件的固有電阻特性不對稱所造成的電容中點電位的靜態(tài)誤差不能被忽略。圖9（f）為直流側電源為400V時中點

19、電位的情況，可以發(fā)現(xiàn)有13.2V的靜態(tài)誤差。 2.3中點電位不平衡的危害與解決方案 文獻1分析了系統(tǒng)直流側中點電位漂移對輸出THD的影響，如圖3所示。圖3中的k值：,代表了中點的失衡程度。在其他工業(yè)用途中，由于對輸出波形畸變要求不高，中點的適當漂移是允許的。但是，在諸如功率放大器系統(tǒng)等對輸出波形質量要求較高的應用中，中點不平衡可以成為輸出畸變的重要原因之一。為了克服中點不平衡帶來的輸出波形質量下降，我們在改進的控制方式中加入中點平衡控制，程序流程圖如圖4所示，中點平衡控制方案框圖如圖5所示。中點平衡控制原理為，每個開關周期開始時首先對直流側電容電壓采樣得到VC1和VC2（見圖1），然后對VC1

20、和VC2的差值做PI運算。如果PI運算的結果為正，則和POSREF（系統(tǒng)能夠容忍的VC1超過VC2的最大值）比較，如果發(fā)現(xiàn)比較器的輸出為正，即意味著中點的漂移情況較為嚴重。進而檢測參考信號VS的幅值，如果VS的幅值為負時（表現(xiàn)為當0和VS的幅值通過比較器后，輸出為正），則將載波頻率提高為2fc；反之，如果電壓差值PI運算的結果小于NEGREF，且參考信號Vs幅值為正，則將載波頻率提高為2fc；其他情況下，載波頻率維持fc不變。圖5中Switch模塊的功能是，如果模塊左面中間腳的輸入信號為正，則模塊的右面輸出同模塊左面最下腳輸入信號一致；如果模塊左面中間腳的輸入信號為零，則模塊的右面輸出同模塊左

21、面最上腳輸入信號一致。 圖3 中點電位不平衡對輸出THD的影響 圖4程序流程圖 圖8 載波倍頻控制方案的原理 圖5中點平衡控制方案框圖 載波頻率確定后,將VS函數(shù)值加載至DSP芯片事件管理器模塊中的比較單元，準備同載波進行PWM調制。加載完成后即進行中斷復位。 這種中點控制方式的本質是通過調節(jié)載波的頻率來改變中點電流的流向。通過比較載波頻率加倍前后中點電流流向的仿真，我們可以得知：如果以參考信號VS的頻率fs為參考，載波頻率加倍前，中點電流ineu的流向每周期內交替變化（見圖6），變換的頻率為2fc；載波頻率加倍后，中點電流 ineu的流向每周期內只改變一次（見圖7），即變換的頻率為2fs。又因為后者中點電流的流向同參考信號VS的幅值有關，所以在決定是否將載波頻率加倍前，需要檢測VS幅值的正負。 圖6 載波頻率加倍前中點電流流