シングルチップマイコン用DCスイッチング電源の設計
スイッチモード電源の主な制御方法は、パルス幅変調集積回路を使用してPWMパルスを出力し、パルス幅変調にはアナログPIDレギュレータを使用することです。この制御方法には多少の誤差があり、回路も比較的複雑です。この記事では、ST 社の高性能マイクロコントローラ μ psd3354 によって制御される、広範囲の連続調整可能な出力電圧を備えた電源スイッチング電源について説明します。マイコンが直接PWM波を生成し、スイッチング電源の主回路をデジタル制御します。回路はシンプルかつ強力です。
電源の原理と全体設計 DC電源システム
1.1 システム原理
この直流電源システムは、スイッチング電源の主回路と制御回路の2つの部分から構成されています。主回路は主に電気エネルギーを処理し、制御回路は主に電気信号を処理します。負のフィードバックは自動制御システムの形成に使用されます。スイッチング電源はPWM制御方式を採用しており、与えられた量とフィードバック量を比較して偏差を求めます。 PWM 出力はデジタル PID レギュレータによって制御され、スイッチング電源の出力を制御します。このうち、PID制御とPWM出力は、いずれもマイコンシステムを用いたソフトウェア制御となっています。
1.2 システム全体の設計
システムのハードウェア部分は、入力および出力の整流およびフィルタリング回路、電力変換部品、駆動回路、マイクロコントローラー システム、および補助回路で構成されます。図1にマイコンで制御する直流電源の構成図を示します。
ご覧のとおり、50 Hz および 220V AC 電力は、グリッド フィルターによってフィルターされてグリッドからの干渉が除去され、整流とフィルターのために入力整流器フィルターに入り、DC 電圧信号に変換されます。 DC 信号は電力変換回路を介して高周波 AC 信号に変換され、その高周波 AC 信号は出力整流およびフィルタリング回路を介して DC 電圧出力に変換されます [1]。制御回路はPWMパルス幅変調方式を採用しており、マイクロコントローラーによって生成された調整可能なパルス幅を持つPWM制御信号は駆動回路によって処理され、電力変換回路が動作するように駆動されます。マイコンの高速ADC変換チャネルを利用して出力電圧を一定間隔で収集し、期待値と比較し、その誤差に基づいてPID調整を行います。電圧取得回路は、DC 電圧 V0 の取得を実現し、A/D コンバータのアナログ入力電圧範囲と一致させます。スイッチング電源の過電圧、過電流、短絡障害が発生した場合、保護回路は電源と負荷を保護する役割を果たします。補助電源は制御回路や駆動回路などにDC電源を供給します。
2. スイッチ電源の主回路設計
スイッチング電源の主回路は、DC-AC-DCの変換を完了するために使用されます。図2に示すように、システム主回路にはフルブリッジDC-DCコンバータが採用されています。このシステムで使用されている電源スイッチングデバイスは、EUPEC社のBSM 50GB120DN2シリーズIGBTモジュールです。各モジュールはハーフブリッジ構造であるため、フルブリッジシステムでは 2 つのモジュールが必要です。各モジュールには高速フリーホイール ダイオードが組み込まれています。
