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5)采样电路
输出电压采样用于反馈稳压,输出电流采样用于过载保护,母线电流采样用于短路保护,母线电压采样用于限制母线电压虚高,输入电压采样用于输入过压/欠压保护。输出采样中使用了电流互感器与电压互感器,大大减小了系统干扰,提高了系统的可靠性。取样电路的原理图如图4所示。
取样电路原理图
对于输出电流取样,本设计中使用了5 A/5 mA电流互感器。由于电流互感器的输出为毫伏级的交流信号,为了能够被单片机内部AD模块采集到,必须将其整流成直流信号并加以放大。而普通二极管整流电路对毫伏级电压是无效的,因此,此处采用了由运算放大器(U11,LM3 58)构成的小电压整流电路。实际测试表明,该电路有效解决了毫伏级信号的采样问题。
系统软件设计
为了提高系统的可读性以及代码效率,软件采用状态机思想设计,图5所示为系统的状态转换图。系统上电复位后进入SAMPLE采样状态,若检测到采样完成标志FINISH则进入JUDGE状态进行判断,如果FAULT不为0即有故障信号(过压/欠压、过载、短路),则进入PROTECT状态关闭输出,并跳转到WAIT状态等待故障信号消除。当故障信号消除后,系统软重启,开始新的采样及检测。JUDGE状态后如果未检测到故障信号,则进入NORMAL正常状态,进行电压调整。
系统上电后,首先完成各个外设的初始化,主要包括系统时钟、定时器、GPIO口、ADC、DMA、中断及SPI的初始化。在此,定时器和中断一旦初始化完成,PWM及SPWM波就会生成。考虑到过流、短路保护及反馈稳压的实时性要求较高,故在中断内完成。欠压、过压对实时性要求低,放在主程序内。为提升系统的性能,ADC采样使用DMA方式传输数据,传输完成后,发出中断申请,对采集到的数据进行简单滤波处理,其他功能函数调用此数据完成相应的保护及稳压功能。主程序的流程图如图6所示。
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