12位数模转换器MAX531在高频开关整流模块中的应用

1引言

　　本公司研制的DZW02型220V系列整流模块，广泛应用于电力电源系统中。通过全桥移相高频变换，采用高品质的D/A变换器——MAX531，解决了单片机与移相控制电路的接口问题，使整流模块的稳压精度达到≤0.1%的水平。

　　DZW02型整流模块的基本结构框图如图1所示。它由主电路、PWM控制电路、监控电路和辅助保护电路组成。其主电路由输入电网滤波电路、整流桥、有源功率因数校正(APFC)电路、DC/DC高频变换电路、输出整流滤波等电路组成。这里着重讨论单片机与PWM控制之间的接口电路12位D/A转换器MAX531的应用。

　　2D/A转换器

　　MAX531是美信集成产品公司生产的12位串行数据接口数模转换器，采用“反向”R-2R的梯形电阻网络结构。内置单电源CMOS运算放大器,其最大工作电流仅为260μA，具有很好的电压偏移，增益和线性度。内部运算放大器根据需要可配置成+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：

　　——单/双工作电源;

　　——缓冲电压输出;

　　——内置2.048V电压基准;

　　——总不可调整误差(INL):±1/2LSB;

　　——灵活的输出电压范围：VSS～VDD;

　　——电源上电复位功能;

　　——具有菊花链连接的串行数据输出。

　　2.2管脚结构

　　MAX531采用14脚DIP封装，见图2，其引脚功能的详细说明见表1。

　　2?3工作原理

　　在芯片选择CS为高电平时，SCLK被禁止且DIN端的数据不能进入D/A，从而VOUT处于高阻状态。当数据串行接口把CS拉至低电平时，转换时序开始允许SCLK工作并使VOUT脱离高阻状态。数据串

　　图1整流模块原理框图

　　图2

　　图3

　　行接口将SCLK时钟序列传给SCLK，在SCLK的上升沿，16位串行数字输到DIN被锁入12位移位寄存器，其中高4位(MSB)移入DOUT寄存器，此时D/A以菊花链连接才能用到。在CS上升沿时，12位移位寄存器的数据进入DAC寄存器，从而更新DOUT，其12位数据的固定转换时间约25μs。

　　MAX531输入数据以16位为一个单元，因此需要两个写周期把数据存入DAC。在上电时内部复位电路迫使DAC寄存器复位成000H。当DAC在系统不用时，通过设置合适的代码使其功耗最小。例如：在双极性模式带阻性负载时，把DAC代码设置为中间值800H。如果无负载，把DAC设为000H，使REFOUT的内部电流最小。此时，REFIN为高阻态，内部运算放大器工作电流为最小值。

　　3硬件设计

　　如图4所示,在电力电源整流模块的DC/DC变换控制部分,输出电压采样信号、输出电流采样信号和电压调整控制信号通过PID调节器,发出控制信号到全桥移相PWM控制芯片UC3875的误差放大器的负端,此时UC3875发出相应的脉冲信号,经功率放大后控制IGBT的导通与截止,以决定高频变压器的通断状态，从而最终达到稳压目的。这里MAX531作为单片机与PID调节器之间的D/A数模转换接口电路，以实现单片机对电源输出电压的精确调整功能。表2为MAX531输入代码、输出电平和电源模块输出电压的对应关系表。

　　图4MAX531在电源中的典型接口电路

　　表2输入代码、输出电平与电源模块输出电压的对应关系 DIN(Hex) AOUT(V) OUTPUT(Vd.c.)

　　FFF -2.048 300

　　E00 -1.536 280

　　C00 -1.024 260

　　A00 -0.512 240

　　800 0 220

　　700 -0.256 210

　　600 -0.512 200

　　500 -0.768 190

　　400 -1.024 180

　　当单片机给D/A写入800H代码时，MAX531的输出(AOUT)为0V电压，整流模块输出(OUTPUT)220V直流电压;当写入的代码为FFFH时，AOUT为2.048V，OUTPUT为300V;当写入的代码为400H时，AOUT为-1.024V，OUTPUT为180V。在图4中，MAX531的电源为±5V，采用增益为+1的双极性输出(见表1)。这时数字从0至1的跳变电压为0.001V，满度跳变电压为±2.048V。

　　4软件设计

　　整流模块的系统软件包括：变量采样，电压控制，功能控制(均流、限流、开关机、过压过流保护、风扇等)，故障查询，与上位机通讯，键盘处理，液晶显示等程序，其中D/A转换部分的电压控制程序是关键，它的可靠性和控制精度是整流模块其它控制功能的必要前提，其汇编程序清单如下：

　　INCLUDE(MOD51);相关寄存器定义

　　BUFFEQU6AH;暂存缓冲区首址

　　VJLHEQU70H;模块均流调整值(高8位)

　　VJLLEQU71H;模块均流调整值(低8位)

　　OUTVEQU6EH;输出电压(来自上位单片机)

　　OUTVFEQU6FH;输出电压微调(来自上位单片机)

　　DASCLKBITCT02;D/A串行输入时钟

　　DADINBITCT01;D/A串行输入数据 　　DACEBITCT03;D/A使能

　　DYTZ:MOVA,OUTVF;电压调整子程序

　　ADDA,VJLL

　　MOVBUFF+1,A;暂存D/A低4位

　　MOVA,OUTV

　　ADDCA,VJLH

　　MOVBUFF,A;暂存D/A高8位

　　CLRDACE;D/A开启

　　MOVR0,#8

　　MOVA,BUFF

　　CLRDASCLK;置SCLK为低电平

　　DYTZ1:RLCA;每次左移1位进入C

　　MOVDADIN,C;该位锁入D/A

　　SETBDASCLK;置SCLK为高电平

　　CLRDASCLK

　　DJNZR0,DYTZ1;高8位锁入D/A

　　MOVR0,#4

　　MOVA,BUFF+1

　　CLRDASCLK

　　DYTZ2:RLCA;每次左移1位进入C

　　MOVDADIN,C;该位锁入D/A

　　SETBDASCLK

　　CLRDASCLK

　　DJNZR0,DYTZ2;低4位锁入D/A

　　SETBDACE;关闭D/A

　　RET

　　5结语

　　电力高频开关电源已经达到相当成熟的地步，且控制方案层出不穷。我们在控制部分经过摸索和长期试验充分发挥了MAX531的高精度数模转换的特点，在实际应用中模块动态响应速度快，并机运行可靠性高,从而取得了较高的稳压精度和良好的负载效应，值得推广和应用。