基于ARM的连续可调直流高压电源的设计Word格式.docx

1、 直流 300V 通过脉宽调制的 DC/DC 环节变换得到可调直流电压 0 150V 电压 。 然后直流电压通过 DC/AC 逆变成方波电压 , 输入中频 高压变压器在变压器的次级通过多级倍压整流得到所需要的输出电压 。 ARM 系统为 DC/DC 提供电压输出幅值的给定信号 , 同时接收 DC/DC 环节来的保护动作信号 , 并实时地做出反应 , 控制 DC/DC 环节输 出电压的开断 。 对于 DC/AC 环节 , ARM 系统接收保护动作信号 , 同时 输出保护控制信号 , 控制 DC/AC 环节的工作状态 。 ARM 系统还要实 现泄漏电流的测量和输出电压的测量 , 并且提供一个良好的

2、人机接 口 , 实时地显示各个参数值 , 并提供操作控制 。 图 1系统整体框图Fig1System Block Diagram三 、 系统控制电路（一 硬件设计 基于系统的实际要求 、成本和将来产品升级的考 虑 , 系统采用 Samsung 公司的 ARM7TDMI 系列芯片的 S3C44BOX , 它 包含 ARM7TDMI 处理器 。 ARM7TDMI 处理器是 ARM 公司通用的 32位微处理器家族的成员之一 , 是一种高性能 、 廉价 、 低功耗的 RISC 处 理器 , 同时又具有非常丰富的片上资源 , 非常适合嵌人式产品的开发 叫 。 其特点如下 :采用 ARM7TDMI 内核

3、, 1沁电压 33V , 内核电压 2.SV; 内置锁相环 （PLL , 系统主频高达 66MH:;4种工作模式 , 可以实现电源 管理以降低工作功耗 ;SKB 的系统高速缓存 （Cache , 极大地提高了 系 统运行速度 。 它还支持 8个 MEMORYBANK , 最大外部存储空间达 256M , 并且支持 SDRAM; 内置彩色 LCD 控制器 , 2路异步串口 （UART;71个通用 1/0口 ;8路模 /数转换器 （ADC; 实时时钟 （RTC 和看门狗电路 （WATCHDOG 。 S3C44BOX 的存储系统地址空 lbJ 分为 8个存储体 , 每 个存储体可达 32M 总共可达

4、 256M; 每 BANK 数据总线位数可设置为8/16/32;7个存储体的初始位置确定 , 空间大小可设置 ;1个 BANK 的初 始 位 置 和 空 间 大 小 都 可 设 置 , BANKO 分 配 给 自 举 ROM , BANK6和BANK7通常分配给 SDRM , 普通设备放在其他 BANK 上 。S3C4BOX 能 实现比较复杂的控制 , 非常适用于工业控制和过程控制 。 本电源系统中 ARM 的主要功能及软件实现如下 :1. 产生 PWM 波形 :用于对 BUCK 电路和全桥逆 变 器 中 MOSFET 的驱动 。 根据输出的采样 , 设定和调整定时器中周期寄存器的值和比 较寄

5、存器的值来改变输出 PWM 波的周期和脉冲宽度 。 定时器 T1,T3被设定为下溢和周期匹配中断方式 , 用作 PWM 输出 , 工作在连续增 /减计数模式 。2. 实时采样 :采用 S3C44BOX 中集成的 16路 ADC 转换电路实现 电压 、电流实时采样 , 每一通道的最小转换时间为 500ns , 通过采样模 块 MAX122, 将采样信 号 转 换 为 S3C44BOX 的 ADC 所 需 的 0 3.3V 电平 , 在一个开关周期中 , 将采样 80次 （开关频率为 50KHz , 采样后 , 通过软件编程调整驱动全桥逆变器开关管的 PWM 波形相角 , 移相达到稳压的目的 ,

6、同时当输出电压 、电流过高或欠压时 , ARM 调用相应 的子程序来处理突发事件 , 起到保护作用 。 3. 实现输出高压的闭环调节 , 提高整个系统的稳定性 。 同时可以 通过软件编程 , 数字显示输出电压和电流 。电 源 系 统 中 电 源 的 控 制 电 路 采 用 ARM7TDMI 系 列 芯 片 的 S3C44BOX 为 核 心 。 控 制 电 路 主 要 完 成 如 下 功 能 :BUCK 电 路 中MOSFET 驱动信号的产生 、高频逆变电路驱动信号的产生 、 过流过压 检测与保护 、 输出电流电压的显示 。 因此除了在下一小节将要详细介绍的驱动电路外 , 控制电路主要包括 AR

7、M 系统时钟电路 、存储器接口 电路 、 电压电流采样电路 、 电压电流检测保护电路 、 光藕隔离电路等 。（二 驱动电路 在本电源设计中 , BUCK 电路和全桥逆变电路中的 功 率 开 关 器 件 MOSFET 是 由 ARM 发 出 的 PWM 波 来 控 制 的 。 但 是 ARM 发出的信号为小信号 , 难以直接驱动 MOSFET , 所以需要在二者 之间加驱动电路 IR2110。 IR2110是 IR 公司推出的一种双通道高压 、 高速功率器件栅极驱动的单篇式集成驱动器 。 该驱动器将输入逻辑信 号转换成同相位低阻抗输出的驱动信号 , 频率可达 1OOkHz , 可用于驱 动工作电

8、压达 5OOV 的 N 沟道功率场效应管 MOSFET 。 （三 软件设计 初始化过程包括 A/D 口 、 PWM 口等的初始设定 。 刚启动时 , 设定电压输出为零 , 并使电压显示为零 。 然后启动 A/D , 采 样电压的设定值 , 此时可选择输出电压的等级 。 接着以软启动方式调基于 ARM 的连续可调直流高压电源的设计任 莉 吴永祥（安徽理工大学电气与信息工程学院 安徽淮南232001【摘 要 】 本文设计的电源系统用 Samsung 公司的 AR M7TDMI 系列芯片的 S3C44BOX 来集中实现移相全桥逆变技术 、 电源输出调压和 过压过流保护等功能 。 控制算法通过软件编程

9、实现使得系统升级方便 , 也便于用户根据各自的需要灵活地选择不同的控制功能 。关键词 】 高压 ; AR M ; PWM 控制 ; 全桥逆变 Design of a High-Voltage DC Switching Power-Supply Based On ARMREN Li WU YONG XIANG（ANHUI UNIVERSITY OF SCIENCE&TECHNOLOGY 232001【 Abstract 】 The design of a high -voltage power -supply using switching power -supply technology is

10、 discussed in the paper. The core part includes buck converter, full -bridge transformer and rectifier. Primary inverter is a full -bridge inverter constructed by PWM. A ball electrostatic model is designed and simulated by Maxwell software. Controlling part of system is based on ARM7TDMI , which pr

11、otect the system from possible destruction.【 Key Words 】 High-voltage ; ARM ; PWM control ; Full-bridgeinverter 科教视野 374TECHNOLOGY INFORMATION 科 节 BUCK 电路 , 此时 PWM 口的占空比以一定的速度缓慢变大 。 在显 示电压的过程中 , 应有 1秒的延时和刷新 。 显示也是采用 PWM 口占 空比的调节 , 利用滤波电路来实现 D/A 转换 , 将此信号直接供给专用 电压显示模块 。 A/D 中断频率为 20kHz 。 这样整个主程序在等待 A

12、/D 中断和显示处理之间来回循环 。 通常基本主程序上是在 A/D 中断处理 当中 。 因为显示处理部分采用 1秒的刷新 , 其延时是在不断的 A/D 中 断时完成的 。 图 2为主程序的流程图 。图 2主程序流程图Fig.2Flow chart of main program四 、 实验结果采用 Matlab 进行仿真 , 下面是仿真得到的波形图 :1. 正激电路输出电压波形 , 如图 3所示 。图 3正激输出电压波形图Fig3Forward circuit output voltage disgram2. 全桥逆变得到的 Ud 波形图 , 如图 4所示 。图 4全桥逆变电压 Ud 波形图F

13、ig5Full-bridge inverter output voltage disgram五 、 应用在设计基础上 , 成功完成了新型直流高压发生器样机制作和调试 , 达到了设计指标 。 该型直流高压发生器具有 :使用高频开关技术和集成驱动芯片 , 电路结构简单清晰 , 装置体积小 , 调压响应平稳 、快速 ; 输 出电压稳定度高 , 纹波系数小 , 电路抗干扰能力强 ; 采用了新技术信号 测量方便准确 , 仪器智能化人机接口友善 。 经过皖北煤电集团公司任 楼煤矿恒力电厂建设工地的实际应用达到预期设计的效果 , 取得良好经济效益 。参考文献 】 1刘胜利 . 现代高频开关电源实用技术 M.

14、 北京电子工业出版社 ,2001.2周立功 .ARM 微控制器基础与实践 M. 北京航天航空大学出版社 .2003. 3乔纳森 . 亚当斯 . 使用电流感应 IR211X 栅极驱动 IC. 电子质量 , 元器件与集成 电路卷 .4王田苗 . 嵌入式系统设计与实例开发 M. 清华大学出版社 （第二版 ,2005. 5马文华 . 嵌入式系统设计与开发 M. 科学出版社 ,2006.作者简介 :任莉 （1982 , 女 , 安徽淮北人 , 安徽理工大学电气与信息工 程学院计算机应用技术专业在读研究生 。 主要研究方向 :微机测控 。吴永祥 （1946 , 男 , 安徽阜阳人 , 安徽理工大学电气与信

15、息工程学院 , 教授 , 硕士研究生导师 。责任编辑 :志隽科（上接第 383页 目前 , 液膜技术在青霉素的提取中使用的比较多 ,且日趋成熟 。 沈力人等研究了以 Span-80, 醋酸丁酯的煤油溶液为有机 膜相 , 以 NaCO 3水溶液为膜内相的乳化液膜 , 萃取模拟发酵液中青霉素 的传质过程 , 找出了较为适合的液膜组成及萃取工艺条件 。 还有利用 Paranox100作为表面活性剂 ,2-n-辛胺作为载体萃取青霉素 G 。 利用 DOA 作为载体 ,ECA-360J 作为乳化剂 ,n-醋酸丁酯作为溶剂萃取青霉素 G 。 在医药方面液膜技术还可以提取生物碱 、蛋白质 , 分离氨基酸 ,

16、 萃取分离柠檬酸等 。膜技术的应用及其广泛 , 在生物领域 , 食品加工行业 , 石油行业都 发挥着重要作用 。3. 结语 中国的膜技术的总体水平有了很大的进展 , 但与国际技术先进国 家的差距仍然很大 。 问题主要表现在 :生产现代化 、 产业化程度低 , 原料 不规范 , 工艺参数未严格控制 , 产品质量不稳定 ; 膜的品种少 , 应用范围 小 。 尤其应用的工艺设计 、 系统成套能力 、 膜组件水平 、 相关机电产品 等方面 , 尚未达到国际先进水平 , 远不能满足国内市场需求 , 膜技术存 在着很大的发展空间 。 首先 , 我们要加强研发能力 , 推动膜技术产业的发展 , 依靠科技进步

17、 , 提高产品质量 , 降低成本 , 增加品种 , 扩大应用面 。再者 , 通过招商引资 , 引进技术 , 消化吸收 , 提高膜技术应用的工艺设计 、 系统成套能力 , 膜制备和膜组件水平 , 膜品种及相关机电产品等方面达到国际先进水平 。 【参考文献 】 1徐铜文 , 杨伟华 , 孙树声 , 刘兆明 , 李善清 , 李旭娣 . 荷电膜技术在海洋化工过程中的应用及展望 .2001,6:2024.2吕仪军 . 化工生产中的膜技术 . 四川化工与腐蚀控制 ,1999,2（1:4045.3徐荣安 . 膜技术的进展及在饮用水深度处理中的应用 . 饮料工业 ,1998,1:1114.4苗树运 , 张洪庆

18、 , 曹祖宾 . 膜技术在石油化工中的应用 . 江苏化工 ,2005,33（6:9 12.5胡士英 , 赵得地 , 赵晓微 . 膜技术在水处理中的应用 . 新技术新工艺 , 1995,5:3233.6黄加乐 , 董声雄 . 我国膜技术的应用现状与前景 . 我国膜技术的应用现状与前 景 . 福建化工 ,2000,3:35.7聂菲 , 李宗孝 . 液膜技术在医药化工中的应用 . 当代化工 ,2004,33（2:116118. 8刘红云 , 王仁远 , 时钧 . 膜技术在石油化学工业中的应用 . 炼油设计 ,1997,27（4:6567.9程爱华 , 李金华 , 唐亦川 , 膜技术在油田采出水回用处理中的应用及研究 . 中国资源综合利用 ,2004,5:1920.10王振宇 . 膜技术在水处理中的应用前景 . 环境保护科学 ,2005.31（1282123.志隽 科教视野 375