12位數模轉換器MAX531在高頻開關整流模塊中的應用

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1引言

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

DZW02型整流模塊的基本結構框圖如圖1所示。它由主電路、PWM控制電路、監控電路和輔助保護電路組成。其主電路由輸入電網濾波電路、整流橋、有源功率因數校正（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與PWM控制之間的接口電路12位D/A轉換器MAX531的應用。

2D/A轉換器

MAX531是美信集成產品公司生產的12位串行數據接口數模轉換器，采用“反向”R－2R的梯形電阻網絡結構。內置單電源CMOS運算放大器,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。內部運算放大器根據需要可配置成＋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；

——內置2.048V電壓基準；

——總不可調整誤差(INL):±1/2LSB；

——靈活的輸出電壓范圍：VSS～VDD；

——電源上電復位功能；

——具有菊花鏈連接的串行數據輸出。

2．2管腳結構

MAX531采用14腳DIP封裝，見圖2，其引腳功能的詳細說明見表1。

2?3工作原理

在芯片選擇CS為高電平時，SCLK被禁止且DIN端的數據不能進入D/A，從而VOUT處于高阻狀態。當數據串行接口把CS拉至低電平時，轉換時序開始允許SCLK工作并使VOUT脫離高阻狀態。數據串

圖1整流模塊原理框圖

圖2

圖3

行接口將SCLK時鐘序列傳給SCLK，在SCLK的上升沿，16位串行數字輸到DIN被鎖入12位移位寄存器，其中高4位（MSB）移入DOUT寄存器，此時D/A以菊花鏈連接才能用到。在CS上升沿時，12位移位寄存器的數據進入DAC寄存器，從而更新DOUT，其12位數據的固定轉換時間約25μs。

MAX531輸入數據以16位為一個單元，因此需要兩個寫周期把數據存入DAC。在上電時內部復位電路迫使DAC寄存器復位成000H。當DAC在系統不用時，通過設置合適的代碼使其功耗最小。例如：在雙極性模式帶阻性負載時，把DAC代碼設置為中間值800H。如果無負載，把DAC設為000H，使REFOUT的內部電流最小。此時，REFIN為高阻態，內部運算放大器工作電流為最小值。

3硬件設計

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、輸出電流采樣信號和電壓調整控制信號通過PID調節器,發出控制信號到全橋移相PWM控制芯片UC3875的誤差放大器的負端,此時UC3875發出相應的脈沖信號,經功率放大后控制IGBT的導通與截止,以決定高頻變壓器的通斷狀態，從而最終達到穩壓目的。這里MAX531作為單片機與PID調節器之間的D/A數模轉換接口電路，以實現單片機對電源輸出電壓的精確調整功能。表2為MAX531輸入代碼、輸出電平和電源模塊輸出電壓的對應關系表。

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應關系

4軟件設計

整流模塊的系統軟件包括：變量采樣，電壓控制，功能控制（均流、限流、開關機、過壓過流保護、風扇等），故障查詢，與上位機通訊，鍵盤處理，液晶顯示等程序，其中D/A轉換部分的電壓控制程序是關鍵，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)；相關寄存器定義

BUFFEQU6AH；暫存緩沖區首址

VJLHEQU70H；模塊均流調整值（高8位）

VJLLEQU71H；模塊均流調整值（低8位）

OUTVEQU6EH；輸出電壓（來自上位單片機）

OUTVFEQU6FH；輸出電壓微調（來自上位單片機）

DASCLKBITCT02；D/A串行輸入時鐘

DADINBITCT01；D/A串行輸入數據

DACEBITCT03；D/A使能

DYTZ:MOVA,OUTVF；電壓調整子程序

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位進入C

MOVDADIN,C；該位鎖入D/A

SETBDASCLK

CLRDASCLK

DJNZR0,DYTZ2；低4位鎖入D/A

SETBDACE；關閉D/A

RET

5結語

電力高頻開關電源已經達到相當成熟的地步，且控制方案層出不窮。我們在控制部分經過摸索和長期試驗充分發揮了MAX531的高精度數模轉換的特點，在實際應用中模塊動態響應速度快，并機運行可靠性高,從而取得了較高的穩壓精度和良好的負載效應，值得推廣和應用。