DC稳压电源已广泛应用于许多工业领域。在工业生产中(如焊接、电镀或DC电机的调速等。)，需要大量电压可调的DC电源，一般需要电压输出调节方便的DC电源。目前，由于开关电源具有高效率和小型化的优点[1]，传统的线性稳压电源和晶闸管稳压电源逐渐被DC开关稳压电源所取代。开关电源的主要控制方式是利用PWM集成电路输出PWM脉冲，利用模拟PID调节器进行脉宽调制。这种控制方式存在一定误差，电路复杂[2]。本文以ST公司的高性能单片机psd3354为控制核心，设计了一种输出电压在宽范围内连续可调的功率开关电源。单片机直接产生PWM波，对开关电源的主电路进行数字控制。电路简单且功能强大。
2功率DC供电系统的原理及总体设计
2.1系统原理
该功率DC电源系统由两部分组成：开关电源主电路和控制电路。主电路主要处理电能，控制电路主要处理电信号。负反馈构成了一个自动控制系统。开关电源采用PWM控制方式，给定量与反馈量比较得到偏差，通过数字PID调节器控制PWM输出，从而控制开关电源的输出。其中，PID调节和PWM输出由单片机系统软件控制。
2.2总体系统设计
系统硬件部分由输入输出整流滤波电路、功率转换部分、驱动电路、单片机系统和辅助电路组成。图1是由单片机控制的DC电源的结构框图。
图1单片机控制电源的结构框图
从图1可以看出，50Hz、220V的交流电经过电网滤波器消除来自电网的干扰，然后进入输入整流滤波器整流滤波，转换成DC电压信号。功率转换电路将DC信号转换成高频交流信号，输出整流滤波电路将高频交流信号转换成DC电压输出[1]。控制电路采用PWM脉宽调制，单片机产生的脉宽可调的PWM控制信号经驱动电路处理后驱动功率转换电路工作。单片机高速ADC转换通道定时采集输出电压，并与期望值进行比较，根据其误差进行PID调节。电压采集电路实现DC电压V0的采集，并使其与A/D转换器的模拟输入电压范围相匹配。当开关电源出现过压、过流和短路故障时，保护电路起到保护电源和负载的作用。辅助电源为控制电路、驱动电路等提供DC电源。
3.开关电源的主电路设计
开关电源主电路用于完成DC-交流-DC变换，系统主电路采用全桥DC-DC变换器，如图2所示。本系统使用的功率开关器件是EUPEC公司BSM 50GB120DN2系列的IGBT模块，每个模块都是半桥结构，所以全桥系统需要两个模块。每个模块中都嵌入了一个快速续流二极管。
图2电力DC电源主电路图
4.控制电路的硬件设计
4.1控制电路结构框图
电力DC电源的控制电路采用ST公司的psd3354单片机为核心。控制电路主要完成以下功能：电压采集、A/D转换、闭环调节、PWM信号产生、IGBT驱动与保护、键盘输入输出电压显示等。控制电路主要包括：单片机系统、电压采集电路、IGBT驱动电路、键盘、显示电路等。结构框图如图3所示。系统控制电源c的开启和关闭时间
为了精确控制开关电路的电压输出，本系统采用脉宽调制来调节开关管的工作状态。根据电压控制算法(可采用改进的PID控制算法)，设定单片机产生不同占空比的方波信号，通过光电耦合器控制开关器件，调节电路输出的设定电压值。为了使IGBT正常工作，正确的驾驶是非常重要的。驱动电路的任务是将控制电路发出的信号转换成加在电力电子器件的控制端和公共端之间的信号，可以开启或关闭。同时，驱动电路通常具有电气隔离和保护电力电子器件的功能。本系统采用富士电机公司EXB系列的EXB841集成驱动器驱动IGBT [4]。
4.3传感器输入通道和A/D转换
该系统通过电压传感器采集电压信号，经A/D转换后由单片机接收。该系统采用CHV系列霍尔电压传感器采集电压，利用psd3354单片机中的A/D转换器进行模数转换。电路连接简单，最大精度为5mV。基本能满足控制要求。
4.4键盘和显示电路
电源DC电源的键盘和显示电路均安装在操作面板上，由单片机控制。该系统采用自制的44矩阵键盘，单片机的PB4~PB7为输出线，PB0~PB3为输入线。显示部分采用动态数字显示，由专用数码管显示驱动芯片MAX7219驱动。
