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。