单片机在高频DC-DC变换器中的应用

毛金秀 三亚长岛光电特种设备有限公司

引言：随着电力电子技术的飞速发展，各种变换器的应用变得日益广泛。高频DC-DC变换器是其中运用较广的一种变频器，由控制芯片、电容器、电感线圈、二极管、三极管等构成，主要将电源输出的直流电压等级转换成另一种直流电压等级，以满足使用设备的所需直流电压要求。

高频DC-DC变换器相对于传统工频变换器而言，其体积、质量和占地面积都较小，性价比较高，将逐渐成为市场上的主流变换器。但是，高频DC-DC变换器的控制芯片通常采用开关电源控制，存在电压输出不稳定、动态性能波动较大、能耗较大的缺点，难以满足精密设备对稳定直流信号的需求。

为了解决上述问题，本文将论述单片机在高频DC-DC变换器中的应用。单片机控制具有功耗低、体积小、控制功能强、环境适应性好、使用便捷等优点，能够较好的控制高频DC-DC变换器，保障其输出电压信号稳定可靠，满足精密仪器的使用要求。

1 不同控制方法在高频DC-DC变换器中的应用对比分析

高频DC-DC变换器通常使用的控制方法有软开关控制、DSP控制、单片机控制等，其控制原理主要有PID控制、模拟补偿网络控制、自适应控制、鲁棒控制、模糊控制、神经网络控制等。

高频DC-DC变换器在转换电压信号时存在开关损耗量大、断续工作时寄生振荡等问题，使用软开关控制能够有效减小能源损耗，获得较稳定的输出电压信号。但是，软开关控制只能输出单一电压值，无法调节以满足多种电压值输出的需求。

DSP控制是高频DC-DC变换器中较常用的控制方法，能够将模拟电压信号转换成易于控制的数字电压信号，便于设备根据需求电压精度自动调节输出直流电压的波动误差，同时能够实现高频DC-DC变换器的双向输出。

单片机控制是高频DC-DC变换器中的研究热点之一，具有功耗低、控制功能强等优点。使用单片机控制后的高频DC-DC变换器系统具有体积小、功率大、智能化程度高、输出电压可自动调节等优点，而且可对输出电压信号进行实时监控，提高精密设备的使用性能。

随着高频DC-DC变换器逐渐成为直流电源市场的主流变换器，各种新型控制工具与控制原理被不断研究推广，但其中比较热门的是单片机控制方式。单片机控制下的高频DC-DC变换器可根据实际需求自动调节所需输出直流电压值，且电压信号的波动较小，能够满足绝大多数直流电压输入设备的需求。

2 单片机在高频DC-DC变换器中的应用分析

2.1 单片机在高频DC-DC变换器中的应用原理

STC系列单片机相比于传统的C8051单片机，具有控制响应速度快、功耗低、抗干扰性强等优点。本文主要论述使用STC系列单片机对高频DC-DC变换器进行控制，通过调节STC系列单片机输出PWM信号的占空比，以控制光耦电路，并形成单片机闭环反馈控制回路，从而控制输出电压与电流信号保持恒定值。

在具体设计单片机控制方法时，单片机可采用PID原理对控制回路进行闭环反馈控制。首先，人员通过键盘直接输入设备所需的稳定电压预设值，然后高频DC-DC变换器通过采样电路把采集的电压预设值传给单片机的控制芯片，并通过数码管或液晶显示器直观显示出预设的电压值。

单片机通过A/D采集模块将采集到高频DC-DC变换器输入电压信号与预设输出电压信号后，进行相关控制变量运算，同时进行PID控制调节，然后将PWM信号脉冲发送给高频DC-DC变换器的电压调节执行机构，进行输出电压调节，如此反复将检测的输出电压信号闭环反馈到单片机控制回路中，保障最终输出的直流电压值稳定在预设值附近,从而实现单片机对高频DC-DC变换器输出电压的高精度控制。

2.2 利用单片机对高频DC-DC变换器进行控制的系统组成

利用单片机对高频DC-DC变换器进行闭环反馈控制，保障其输出电压值稳定可靠，电压信号振动幅度能够满足精密设备的使用要求。一套具体的单片机控制系统应包括单片机主控模块、高频DC-DC变换器模块、A/D数据采集模块、人机交互模块、系统软件模块。

单片机主控模块由主电路部分和控制电路部分组成。主电路部分主要将电源输入到高频DC-DC变换器的电压信号进行LC滤波与桥式整流。控制电路部分主要由单片机CPU、DC-DC变换器、数据采集电路、人机交互电路、显示电路等组成，并将各种电路信号进行相关控制运算，以形成整体的反馈控制回路。

高频DC-DC变换器模块包含控制芯片、电感线圈、电容器、三极管、二极管等，主要将电源输入电压值调整为设备需求的稳定直流电压值，以满足直流供电设备的使用需求。

A/D数据采集模块包含A/D信号转换芯片，主要将DC-DC变换模块中输入与输出的模拟电压信号转换成单片机可处理的数字电压信号，便于单片机实现对高频DC-DC变换器的闭环控制，并调节输出电压值的波动范围。

人机交互模块包含键盘、按键、鼠标、数码管、液晶显示器等，主要用于用户通过键盘或按键向高频DC-DC变换器输入预设的稳定电压值，同时通过数码管或液晶显示器直观显示出高频DC-DC变换器输出稳定电压值的波动情况，便于用户对高频DC-DC变换器输出电压值进行实时监控。

系统软件模块主要包括设置输出电压模块、检查输出电压模块、显示输出电压模块、监控模块。用户可通过控制系统软件自主根据使用需求设置高频DC-DC变换器的输出电压值，并设定电压值的波动精度等级，以满足精密设备的使用需求。同时，系统软件可实时监测电压信号的过压冲击、电流信号的过流冲击、芯片温度过高等故障问题，从而提高整体装置的使用寿命。

3 结束语

随着高频DC-DC变换器不断向高性能、高效率、高可靠性、高功率密度、低功耗、低成本方向发展，采用单片机对高频DC-DC变换器进行闭环反馈控制，提高其输出电压值的稳定精度，从而保障其能够为精密设备提供稳定直流电压。本文中主要论述了单片机在高频DC-DC变换器中的控制原理与控制系统组成，能够为该方向的科研人员提供相关科研思路，以提高高频DC-DC变换器的综合性能。