基于ARM控制系統來實現單級PFCLED驅動的電源系統技術方案

本實用新型專利技術公開了一種基于ARM控制系統來實現單級PFCLED驅動的電源系統，電源系統包括EMI濾波電路，整流電路，變壓器鉗位電路，恒流限壓電路，ARM控制電路。主電路采用反激式的拓撲結構，軟件設計采用模糊PID控制，整個驅動電源具有良好的恒流特性，高功率因數、高效率，以及低諧波污染。不僅滿足了減少電子設備對市電的諧波污染，同時也提高了電子設備對電能的利用率。本實用新型專利技術電路結構簡單，同時實現了DC?DC與PFC的控制，提高了LED電源系統的工作效率，同時增大了功率因數，并且減小了電源系統的成本。

【技術實現步驟摘要】

本技術屬于電源
，具體涉及一種基于ARM控制系統來實現單級PFCLED驅動的電源。
技術介紹
LED驅動電源是將交流電變成穩定的直流電供大功率LED燈珠工作的裝置，大多數情況下都要使用開關電源，但是由于其輸入端整流后電路為非線性電路，會給電網帶來大量的高頻電流諧波，整流橋后的大電容濾波還會降低輸入電壓的導通角，從而降低電源的功率因數值，降低了電源的轉換效率。本設計的目的就是提高功率因數，提高電源的工作效率,減小電源制造成本。目前提高功率因數有以下幾種方案：(1)無源功率因數校正技術。在二極管整流和濾波電容之間加入電感，利用電感電流不能突變的原理來減緩輸入電流的變化。這種方案成本低，結構簡單，但是PF值不高。(2)兩級有源功率因數校正技術。這個方案采用兩個互相獨立的控制電路分別對輸入電流進行整流和對輸出電壓進行快速調節。但是兩級功率因數校正電路至少需要兩個開關管和兩套控制電路，增加了電源成本，電路復雜，元器件多。(3)單級有源功率因數校正技術。單級有源功率因數校正技術只用一套控制電路和一個開關管來實現輸入級的電流波形校正和輸出級的電壓隨負載的快速調節。單級PFC的性能比無源PFC的性能要優越，可以滿足LED電源的需求。為了電源的提高功率因數以及工作效率，減小成本，優化結構，本技術采用開關電源芯片和ARM集成芯片，實現了對電源輸出電壓的限制以及對輸出電流恒定的控制，從而給大功率LED負載提供了安全的工作電壓和穩定的工作電流。
技術實現思路
本技術的目的是提供一種基于ARM控制系統來實現單級PFCLED驅動的電源系統，主電路采用反激式的拓撲結構，軟件設計采用模糊PID控制，整個驅動電源具有良好的恒流特性，高功率因數、高效率，以及低諧波污染。本技術電路結構簡單，同時實現了DC-DC與PFC的控制，提高了LED電源的效率，提高了功率因數，并且減小了LED電源的成本。本技術的技術方案是：一種基于ARM控制系統來實現單級PFCLED驅動的電源系統，其特征是：電源系統包括EMI濾波電路、整流電路、輸入電壓采樣電路、變壓器鉗位電路、反激變換電路、原邊電流采樣電路、恒流限壓電路和ARM控制器，其中EMI濾波電路包括安規電容與共模電感；整流電路包括整流橋BR36；輸入電壓采樣電路包括分壓電阻R1和R5；原邊電流采樣電路包括采樣電阻R8、限流電阻R9、和電容C5；反激變換電路包括變壓器T1、整流二極管D2、濾波電容C8和開關管VT；變壓器鉗位電路包括電容C2、電阻R4和阻塞二極管D1；恒流限壓電路包括兩個獨立的運算放大器UA、UB以及光耦合器PC817；ARM控制器包括ARM控制芯片及外圍電路；EMI濾波電路兩端與整流橋BR36連接，整流橋輸出端接濾波電容C1，分壓電阻R1、R5串聯后，R1端與ARM控制器相連接，構成電壓輸入端；采樣電阻R2、R6串聯后，采樣電阻R6與電容C3并聯，采樣電阻R2端與ARM控制器相連接，構成電壓前饋端；電阻R3與穩壓模塊串聯后，與ARM控制器連接，為ARM控制器供電；電容C2與電阻R4并聯后，與阻塞二極管D1負極連接，之后電阻R4端和阻塞二極管D1正極與變壓器原邊相連接，構成了變壓器鉗位電路，用于保護功率開關管VT的漏源兩極在關斷的瞬間不被擊穿；變壓器原邊電流通過限流電阻R9產生電壓，經過電容C5、限流電阻R8組成的低通濾波器將電流采樣到ARM控制器，變壓器副邊與整流二極管D2串聯后與濾波電容C8并聯進行整流濾波；輸出電壓通過分壓電阻R11、R13、R17分壓連接到運算放大器UA的正極，UA的負極則連接平衡電阻R14的一端，平衡電阻R14另一端接采樣電阻R16；輸出電壓通過分壓電阻R11、R13，穩壓管Z1為UB提供基準電壓連接到UB的正極，UB的負極通過分壓電阻R12、R15采樣輸出電壓；UA、UB通過光電耦合器，將輸出電壓與輸出電流耦合給ARM控制器，ARM控制器則會經過軟件處理，計算新的占空比，根據占空比產生PWM波，通過驅動芯片控制開關管的導通與關斷時間，從而控制整個系統的穩定輸出。本技術優點體現在：(1)采用單級有源功率因數校正技術，有效的提高了功率因數，提高了電源系統的效率，減小了總諧波畸變，電能利用率增大。(2)由于采用了單級PFC技術，所以電源系統體積小，重量輕，器件數量少，并且控制簡單，性能優越。有效的控制了制造成本。(3)由于采用模糊PID的控制策略，所以電源系統的控制算法靈活，便于在線修改控制方案，也可以根據系統的需要進行算法的改進，增強控制的效果。(4)數字電路不存在模擬電路中常見的器件老化，溫度漂移，相位裕度等問題，不需要調諧就可以獲得穩定的控制參數，另外數字開關電源引入控制算法，使得它更容易實現非線性控制，改善電源的穩態特性和暫態響應。另外數字設計可以節約開發成本，避免了元器件大量采購，降低了成本。附圖說明圖1是本技術的整體系統原理圖。圖2是模糊控制器。圖3是軟件設計流程圖。具體實施方式以下將結合附圖對本技術的內容做進一步說明。如圖1所示，電源系統包括電源前級保護電路，EMI濾波電路，整流電路，變壓器鉗位電路，變壓器，恒流限壓回路，ARM控制電路。EMI濾波電路：電路中包括共模扼流線圈，濾波電容，主要用來抑制共模干擾信號和差模干擾信號。變壓器鉗位電路：由C2、R4、D1構成。用于保護功率開關管的漏源兩級在關斷的瞬間不被擊穿。恒流限壓回路：包括兩個獨立的運算放大器UA、UB，以及光電耦合器PC817進行恒流與限壓的雙環控制。整機方案為：交流市電經過EMI濾波器、整流濾波后進入高頻變壓器，輸出端的電壓電流信號反饋給ARM控制器，控制器根據前段輸入交流信號及后端電壓電流信號控制開關管導通關斷，從而控制整個電路的能量傳遞。其中電源前級保護電路中的熔斷絲采用T3.15A/AC250V玻璃熔斷管，負溫度系數熱敏電阻型號為12D5R6，壓敏電阻型號為10N471K。EMI濾波電路則是采用兩級EMI濾波器結構。本設計的整流橋電路選擇型號為BR36的整流橋器件，其最大承受反向電壓為600V，輸入額定電流為3A。變壓器鉗位電路由C2、R4、D1構成，鉗位電路的阻塞二極管D1要求為快速恢復二極管、比較低的導通壓降、加大的反向耐壓值且可以承受較大的變壓器峰值電流。本設計采用MURS160T快速恢復二極管，其反向耐壓值為600V，導通電流為3A，最大反向恢復時間為75ns，可以保證鉗位電路安全有效的工作。電阻R1，R5構成AC輸入端，提供電壓信號，R2，C3，R6構成前饋輸入端，電容C5，R8，R9構成變壓器原邊電感電流采樣端，光電耦合器PC817構成反饋端，ARM控制器經過程序分析處理，使得變壓器原邊電感電流的平均值與輸入電壓幅值相匹配，同時電流會追隨輸入電壓的正弦信號，完成PFC環路控制。恒流限壓回路包括兩個獨立的運算放大器UA、UB以及光耦合器PC817，圖1中采樣電阻R16用于檢測輸出電流，將其轉化為電壓值輸入到運放UA的負端，UA的正端輸入為基準電壓2.5V經R11、R13、R17分壓后的信號。補償電容C6和C7，分別加在運放輸入與輸出之間，用于補償運放相位；運放輸出經過光電耦合器PC817耦合到ARM控制器，形成了恒流控制環本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于ARM控制系統來實現單級PFCLED驅動的電源系統，其特征是：電源系統包括EMI濾波電路、整流電路、輸入電壓采樣電路、變壓器鉗位電路、反激變換電路、原邊電流采樣電路、恒流限壓電路和ARM控制器，其中EMI濾波電路包括安規電容與共模電感；整流電路包括整流橋BR36；輸入電壓采樣電路包括分壓電阻R1和R5；原邊電流采樣電路包括采樣電阻R8、限流電阻R9、和電容C5；反激變換電路包括變壓器T1、整流二極管D2、濾波電容C8和開關管VT；變壓器鉗位電路包括電容C2、電阻R4和阻塞二極管D1；恒流限壓回路包括兩個獨立的運算放大器UA、UB以及光耦合器PC817；ARM控制器包括ARM控制芯片及外圍電路；EMI濾波電路兩端與整流橋BR36連接，整流橋輸出端接濾波電容C1，分壓電阻R1、R5串聯后，R1端與ARM控制器相連接，構成電壓輸入端；采樣電阻R2、R6串聯后，采樣電阻R6與電容C3并聯，采樣電阻R2端與ARM控制器相連接，構成電壓前饋端；電阻R3與穩壓模塊串聯后，與ARM控制器連接，為ARM控制器供電；電容C2與電阻R4并聯后，與阻塞二極管D1負極連接，之后電阻R4端和阻塞二極管D1正極與變壓器原邊相連接，構成了變壓器鉗位電路，用于保護功率開關管VT的漏源兩極在關斷的瞬間不被擊穿；變壓器原邊電流通過限流電阻R9產生電壓，經過電容C5、限流電阻R8組成的低通濾波器將電流采樣到ARM控制器，變壓器副邊與整流二極管D2串聯后與濾波電容C8并聯進行整流濾波；輸出電壓通過分壓電阻R11、R13、R17分壓連接到運算放大器UA的正極，UA的負極則連接平衡電阻R14的一端，平衡電阻R14另一端接采樣電阻R16；輸出電壓通過分壓電阻R11、R13，穩壓管Z1為UB提供基準電壓連接到UB的正極，UB的負極通過分壓電阻R12、R15采樣輸出電壓；UA、UB通過光電耦合器PC817，將輸出電壓與輸出電流耦合給ARM控制器，ARM控制器則會經過軟件處理，計算新的占空比，根據占空比產生PWM波，通過驅動芯片控制開關管的導通與關斷時間，從而控制整個系統的穩定輸出。...

【技術特征摘要】
1.一種基于ARM控制系統來實現單級PFCLED驅動的電源系統，其特征是：電源系統包括EMI濾波電路、整流電路、輸入電壓采樣電路、變壓器鉗位電路、反激變換電路、原邊電流采樣電路、恒流限壓電路和ARM控制器，其中EMI濾波電路包括安規電容與共模電感；整流電路包括整流橋BR36；輸入電壓采樣電路包括分壓電阻R1和R5；原邊電流采樣電路包括采樣電阻R8、限流電阻R9、和電容C5；反激變換電路包括變壓器T1、整流二極管D2、濾波電容C8和開關管VT；變壓器鉗位電路包括電容C2、電阻R4和阻塞二極管D1；恒流限壓回路包括兩個獨立的運算放大器UA、UB以及光耦合器PC817；ARM控制器包括ARM控制芯片及外圍電路；EMI濾波電路兩端與整流橋BR36連接，整流橋輸出端接濾波電容C1，分壓電阻R1、R5串聯后，R1端與ARM控制器相連接，構成電壓輸入端；采樣電阻R2、R6串聯后，采樣電阻R6與電容C3并聯，采樣電阻R2端與ARM控制器相連接，構成電壓前饋端；電阻R3與穩壓模塊串聯后，與A...

【專利技術屬性】
技術研發人員：程紅麗，王劍楠，徐婧，張麗華，江慧燾，
申請(專利權)人：西安科技大學，
類型：新型
國別省市：陜西;61