12位數(shù)模轉(zhuǎn)換器MAX531在高頻開關(guān)整流模塊中的應(yīng)用

1引言

　　本公司研制的DZW02型220V系列整流模塊，廣泛應(yīng)用于電力電源系統(tǒng)中。通過全橋移相高頻變換，采用高品質(zhì)的D/A變換器——MAX531，解決了單片機(jī)與移相控制電路的接口問題，使整流模塊的穩(wěn)壓精度達(dá)到≤0.1%的水平。

　　DZW02型整流模塊的基本結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。它由主電路、PWM控制電路、監(jiān)控電路和輔助保護(hù)電路組成。其主電路由輸入電網(wǎng)濾波電路、整流橋、有源功率因數(shù)校正(APFC)電路、DC/DC高頻變換電路、輸出整流濾波等電路組成。這里著重討論單片機(jī)與PWM控制之間的接口電路12位D/A轉(zhuǎn)換器MAX531的應(yīng)用。

　　2D/A轉(zhuǎn)換器

　　MAX531是美信集成產(chǎn)品公司生產(chǎn)的12位串行數(shù)據(jù)接口數(shù)模轉(zhuǎn)換器，采用“反向”R-2R的梯形電阻網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。內(nèi)置單電源CMOS運(yùn)算放大器,其最大工作電流僅為260μA，具有很好的電壓偏移，增益和線性度。內(nèi)部運(yùn)算放大器根據(jù)需要可配置成+1或+2的增益，也可作四象限乘法器。

　　2?1主要性能

　　主要性能如下：

　　——單/雙工作電源;

　　——緩沖電壓輸出;

　　——內(nèi)置2.048V電壓基準(zhǔn);

　　——總不可調(diào)整誤差(INL):±1/2LSB;

　　——靈活的輸出電壓范圍：VSS～VDD;

　　——電源上電復(fù)位功能;

　　——具有菊花鏈連接的串行數(shù)據(jù)輸出。

　　2.2管腳結(jié)構(gòu)

　　MAX531采用14腳DIP封裝，見圖2，其引腳功能的詳細(xì)說明見表1。

　　2?3工作原理

　　在芯片選擇CS為高電平時(shí)，SCLK被禁止且DIN端的數(shù)據(jù)不能進(jìn)入D/A，從而VOUT處于高阻狀態(tài)。當(dāng)數(shù)據(jù)串行接口把CS拉至低電平時(shí)，轉(zhuǎn)換時(shí)序開始允許SCLK工作并使VOUT脫離高阻狀態(tài)。數(shù)據(jù)串

　　圖1整流模塊原理框圖

　　圖2

　　圖3

　　行接口將SCLK時(shí)鐘序列傳給SCLK，在SCLK的上升沿，16位串行數(shù)字輸?shù)紻IN被鎖入12位移位寄存器，其中高4位(MSB)移入DOUT寄存器，此時(shí)D/A以菊花鏈連接才能用到。在CS上升沿時(shí)，12位移位寄存器的數(shù)據(jù)進(jìn)入DAC寄存器，從而更新DOUT，其12位數(shù)據(jù)的固定轉(zhuǎn)換時(shí)間約25μs。

　　MAX531輸入數(shù)據(jù)以16位為一個(gè)單元，因此需要兩個(gè)寫周期把數(shù)據(jù)存入DAC。在上電時(shí)內(nèi)部復(fù)位電路迫使DAC寄存器復(fù)位成000H。當(dāng)DAC在系統(tǒng)不用時(shí)，通過設(shè)置合適的代碼使其功耗最小。例如：在雙極性模式帶阻性負(fù)載時(shí)，把DAC代碼設(shè)置為中間值800H。如果無負(fù)載，把DAC設(shè)為000H，使REFOUT的內(nèi)部電流最小。此時(shí)，REFIN為高阻態(tài)，內(nèi)部運(yùn)算放大器工作電流為最小值。

　　3硬件設(shè)計(jì)

　　如圖4所示,在電力電源整流模塊的DC/DC變換控制部分,輸出電壓采樣信號(hào)、輸出電流采樣信號(hào)和電壓調(diào)整控制信號(hào)通過PID調(diào)節(jié)器,發(fā)出控制信號(hào)到全橋移相PWM控制芯片UC3875的誤差放大器的負(fù)端,此時(shí)UC3875發(fā)出相應(yīng)的脈沖信號(hào),經(jīng)功率放大后控制IGBT的導(dǎo)通與截止,以決定高頻變壓器的通斷狀態(tài)，從而最終達(dá)到穩(wěn)壓目的。這里MAX531作為單片機(jī)與PID調(diào)節(jié)器之間的D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換接口電路，以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)對(duì)電源輸出電壓的精確調(diào)整功能。表2為MAX531輸入代碼、輸出電平和電源模塊輸出電壓的對(duì)應(yīng)關(guān)系表。

　　圖4MAX531在電源中的典型接口電路

　　表2輸入代碼、輸出電平與電源模塊輸出電壓的對(duì)應(yīng)關(guān)系 DIN(Hex) AOUT(V) OUTPUT(Vd.c.)

　　FFF -2.048 300

　　E00 -1.536 280

　　C00 -1.024 260

　　A00 -0.512 240

　　800 0 220

　　700 -0.256 210

　　600 -0.512 200

　　500 -0.768 190

　　400 -1.024 180

　　當(dāng)單片機(jī)給D/A寫入800H代碼時(shí)，MAX531的輸出(AOUT)為0V電壓，整流模塊輸出(OUTPUT)220V直流電壓;當(dāng)寫入的代碼為FFFH時(shí)，AOUT為2.048V，OUTPUT為300V;當(dāng)寫入的代碼為400H時(shí)，AOUT為-1.024V，OUTPUT為180V。在圖4中，MAX531的電源為±5V，采用增益為+1的雙極性輸出(見表1)。這時(shí)數(shù)字從0至1的跳變電壓為0.001V，滿度跳變電壓為±2.048V。

　　4軟件設(shè)計(jì)

　　整流模塊的系統(tǒng)軟件包括：變量采樣，電壓控制，功能控制(均流、限流、開關(guān)機(jī)、過壓過流保護(hù)、風(fēng)扇等)，故障查詢，與上位機(jī)通訊，鍵盤處理，液晶顯示等程序，其中D/A轉(zhuǎn)換部分的電壓控制程序是關(guān)鍵，它的可靠性和控制精度是整流模塊其它控制功能的必要前提，其匯編程序清單如下：

　　INCLUDE(MOD51);相關(guān)寄存器定義

　　BUFFEQU6AH;暫存緩沖區(qū)首址

　　VJLHEQU70H;模塊均流調(diào)整值(高8位)

　　VJLLEQU71H;模塊均流調(diào)整值(低8位)

　　OUTVEQU6EH;輸出電壓(來自上位單片機(jī))

　　OUTVFEQU6FH;輸出電壓微調(diào)(來自上位單片機(jī))

　　DASCLKBITCT02;D/A串行輸入時(shí)鐘

　　DADINBITCT01;D/A串行輸入數(shù)據(jù) 　　DACEBITCT03;D/A使能

　　DYTZ:MOVA,OUTVF;電壓調(diào)整子程序

　　ADDA,VJLL

　　MOVBUFF+1,A;暫存D/A低4位

　　MOVA,OUTV

　　ADDCA,VJLH

　　MOVBUFF,A;暫存D/A高8位

　　CLRDACE;D/A開啟

　　MOVR0,#8

　　MOVA,BUFF

　　CLRDASCLK;置SCLK為低電平

　　DYTZ1:RLCA;每次左移1位進(jìn)入C

　　MOVDADIN,C;該位鎖入D/A

　　SETBDASCLK;置SCLK為高電平

　　CLRDASCLK

　　DJNZR0,DYTZ1;高8位鎖入D/A

　　MOVR0,#4

　　MOVA,BUFF+1

　　CLRDASCLK

　　DYTZ2:RLCA;每次左移1位進(jìn)入C

　　MOVDADIN,C;該位鎖入D/A

　　SETBDASCLK

　　CLRDASCLK

　　DJNZR0,DYTZ2;低4位鎖入D/A

　　SETBDACE;關(guān)閉D/A

　　RET

　　5結(jié)語

　　電力高頻開關(guān)電源已經(jīng)達(dá)到相當(dāng)成熟的地步，且控制方案層出不窮。我們?cè)诳刂撇糠纸?jīng)過摸索和長期試驗(yàn)充分發(fā)揮了MAX531的高精度數(shù)模轉(zhuǎn)換的特點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中模塊動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快，并機(jī)運(yùn)行可靠性高,從而取得了較高的穩(wěn)壓精度和良好的負(fù)載效應(yīng)，值得推廣和應(yīng)用。