数字开关电源的设计马飞

数字开关电源的设计马飞

马飞吴佳佳

（深圳振华微电子有限公司广东深圳518126）

摘要：数字开关电源是电子工程应用的重要内容，确保其设计的科学化、规范化，能够充分保证电源开关应用的稳定性和安全性。本文在阐述数字开关电源设计必要性的基础上，就开关电源设计的硬件配置和软件配置进行规划设计，以期有利于数字开关电源应用水平的提升，进而推动电子工程行业的进一步发展。

关键词：数字化；开关电源；硬件配置；软件设计

电力资源的应用有效的推动了社会生产力的发展，给人们的生产生活方式带来巨大转变。在电力应用过程中，电力的电源安全是其工程建设的重要组成部分。基于此，数字化开关电源在市场中所占据的比例不断增加；并逐步取代了传统的电源开关应用。与传统电源相比，数字开关电源在使用性能和安全方面具有较高的控制质量；生活中，数字开关电源高效化的实践应用与其系统设计密切相关。

一、数字开关电源设计的必要性

数字开关电源是现代开关电源应用的一种主要形态，同时其也是电源开关的重要特征之一，其包含了通讯、数控及监测等方面的具体功能。目前广泛的应用与社会生活生产的方方面面。实践过程中，电力资源及电子工程的应用不断深入，实现基础安全控制是其工程发展的重要内容。基于此，不断进行数字开关电源的优化设计势在必行。从实践过程来看，数字开关电源设计的价值体现在以下方面：

其一，当前环境下，数字开关电源在社会生活中的应用范围极为广泛，信息化、数字化时代的发展要求其必须具有优良的通讯、数控及监测功能，由此，电子工程发展过程中必须进行其软、硬件系统的优化配置。其二，对于电子工程企业而言，确保数字开关电源设计的不断优化，能够实现企业产品市场占有份额的增加，在提升自身竞争优势的同时，实现经济效益的不断增加。其三，社会生产过程中，人们对于电力工程、电子工程的依赖程度不断加深，数字开关电源设计的科学化、合理化，能够有效地提升其应用的性能稳定和安全，进而更好的服务于人们的生产生活，保证人们生活质量的提升。

二、数字开关电源的硬件配置设计

硬件配置是数字开关电源应用的前提，确保硬件配置的高效、规范，能够为开关电源系统的应用提供良好的基础保证。实践过程中，数字开关电源硬件配置包含了电路设计和元器件配置两个部分[1]。

1、电路设计分析

控制电路是数字开关电源的重要组成部分。只有确保电路与硬件配置的系统结合，才能保证数字开关电源工作状态的安全、可靠。当前环境下，数字化技术是数字开关电源的主要技术支持。具体而言，在数字开关电源应用过程中，高度集成的设计方法实现了其路线精度的有效管理，确保了电路应用的稳定和安全。就本次设计而言，全桥式设计方法是主电路的基本应用形式，在控制上通过PWM进行过流、过压和软启动三方面的保护。

本电路系统中，ARM芯片中的M0516LAN是数字开关电源电路设计IDE核心所在。再应用过程中，其开关电源系统中的电压信号和电流信号会被芯片系统采集，同时在自动控制下，实现A/D接口的输送与转化。然后，开关系统的ARM处理器会进一步工作，实现接受信号的计算和处理。最后通过主电路的应用实现PWM波形信号的输出。在该系统下，电路中的电压及电流得以充分获得，实现了数字开关电源的有效接通与断开。

实现电路内部电流及电压的实时监控是数字开关电源控制系统的主要功能所在。开关电源应用中，控制系统会在预先设计指标的作用下，对电路中的异常信息进行分析，并通过自动化断开连接等方式，实现电路系统的有效保护，从而避免电源事故的发生。

2、电路元器件配置

电路硬件系统元器件配置设计包含电路结构和元件参数设计、变换器应用、辅助电源控制三个环节的具体内容：

2.1电路结构和元件参数设计

数字开关电源应用过程中，差模电容和共模电容是电路结构的两种基本形态。一旦两者设计混乱，就容易造成运行过程的干扰。而电路结构设计的重点就在于实现共模干扰的控制，确保电源结构的稳定性。通常情况下，进行差模噪声滤波器的安装是电路结构共模干扰控制的有效手段；此时，按照电路应用的安全标准，金属膜电容应保持在0.1~1.0μF，而共模电容容量需控制在2200~4700pF[2]。

2.2变换器应用

为数字开关电源提供有效的拓扑结构是变换器的主要功能。具体而言，在数字开关电源系统中，变换器拓扑结构由大量电感元件组成，其具有以下三个方面的具体作用：其一，实现数字开关电源可承受压差的合理控制；其二，借助变换器的作用，降低高频冲击对主电路的影响；其三，实现电磁干扰和射频干扰的合理控制。只有这样，才能确保电源硬件配置的合理规范，从而对电路应用奠定良好的元器件基础。在变换器配置下的Boost电路中，其元器件的设置标准如下表1：

表1Boost电路中的元器件设计指标

2.3辅助电源控制

全桥式电路系统应用中，辅助电源的控制至关重要。在其控制管理过程中，对电源功率的数字化控制是其设计的重点所在。一般情况下，辅助电源工作状态下的功率标准值不能超过420mW，同时，其元器件功耗值的最大值应保持在3W以内。

三、数字开关电源的软件配置

软件系统设计是数字开关电源设计的重要组成部分。在本次设计过程中，电容老化之前的充电预处理是其设计的基本对象；并且其设计的内容包含了控制算法、主程序设计以及A/D中断子程序设计三个方面。

1、控制算法设计

科学合理的控制算法设计能够为数字开关电源软件系统的稳定运行提供保证。在电容老化之前充电预处理软件系统的控制算法设计中，PID控制是其开关电源数字化开工至的基本方式。与启发控制方式相比，PID控制系统具有较高的稳定性和可靠性，实现了控制流程的简约化和便捷化。在其应用过程中，比例、积分和微分是其控制实现的主要应用方式，并且，在其影响下，PID控制系统的算法应用具有多样性，其中，增量式PID与位置式PID是其常见的两种基本算法形式。

2、主程序设计

数字开关电源应用过程中，系统的初始化由主程序进行控制。通常情况下，主程序会对电源的开关机状态进行检测，然后在循环过程中实现电路的中断处理。在具体应用过程中，主程序的设置内容包含了初始化设置常量、变量、I/O口、A/D口和PWM输出口等诸多内容。并且其应用的基本流程为开机、系统初始化、按键状态读取、工作模式应用、结束。

3、A/D中断子程序设计

数字开关电源应用中，通过A/D中断子程序的应用，电源设备AD转换的结果得以读取；然后在控制系统的作用下，实现子系统的PID调节；最后在PWM波形的输出控制下，实现数字开关电源的有效管理。实践过程中，A/D中断子程序的应用包含了以下环节：第一，进行AD中断服务程序入口的数据输入；第二，实现断电保护并关闭总中断；第三，在输出电压、电流采样值读取并保存的基础上，进行过压、过流数据的有效监控；第四，通过PI子程序的调用，实现现场的恢复和中断返回；第五，进行AD服务中断和控制程序技术。需要注意的是，在该流程中，过压电流环节可以实现PWM输出系统的断开，然后使得A/D中断子程序重新回归到输出电压、电流采样值的读取核保存阶段。

结论

数字开关电源是当前电子工程开关电源发展的重要趋势，实现其设计的科学化、合理化，能够有效地提升电路运用的安全与稳定。设计实践过程中，电力工作人员只有充分认识到数字开关电源设计的必要性，然后在科学的指导下，做好其软、硬件配置的设计工作，才能确保其设计质量的提升，进而推动电子工程的进一步发展。

参考文献

[1]江良伟,潘普丰,弭寒光,等.开关电源数字调压系统设计[J].电源技术,2016,40(10):2061-2063.

[2]周细义,陈松,彭鑫,等.简易数字控制开关电源设计与实现[J].微型机与应用,2016,35(15):34-37.