基于AD5663的UV灯电压控制

在开发臭氧发生器的时，我们使用UV灯来实现臭氧的产生。而UV灯的强度决定了臭氧产生的浓度，UV灯的光强则与其控制电压密切相关。所以我们要控制产生的臭氧的浓度就需要调节其控制电压。我们选择了AD5663这一模拟量输出模块来实现这一点。

1、AD5663简介

AD5663属于nanoDAC系列，是低功耗、双通道、16位缓冲电压输出数模转换器(DAC)，采用2.7V至5.5V单电源供电。AD5663采用多功能三线式串行接口，能够以最高50 MHz的时钟速率工作，并与标准SPI、QSPI、MICROWIRE、DSP接口标准兼容。它内置片内精密输出放大器，能够实现轨到轨输出摆幅。其功能框图如下所示：

2、硬件设计

我们用来产生臭氧的UV灯，其控制电压约需要在AC300V到AC1500V的范围，工作频率约为10kHz到20kHz的范围内，当然选用的灯不一样可能会有些许差异。为了达到这个目的，我们使用两个PWM控制电路产生低压交流电源，然后通过高频变压器产生我们需要的交流电源。基于此，我们先要有一个连续可调的低压直流电源才有可能通过PWM控制电路达到我们想要的结果。如下图即是我们电压控制电路：

 

上图中我们采用LM2596S-ADJ作为电源模块，以AD5663作为电源调节输出。LM2596S的反馈电压要求在1.23V，二极管的1N4001的管压降设定为0.5V，根据R27、R28、R29几个电阻电路就可以实现LM2596S输出电压的调节。由于二极管的存在，AD5663需要输出大于1.73V（1.23V+0.5V）以上的电压才能起到调节效果。我们设返回电压为Vf=1.23V，LM2596S的输出电压为Vo，二极管的管压降为Vd，AD5633的输出电压为Vs于是我们可以得到一个等式：

 

在上述等式中Vf=1.23V是确定的，二极管的管压降Vd=0.5V也是确定的，所以等式有2中情况：第一种是AD5663的输出电压小于等于1.73时，AD5663的输出对电压输出没有影响；第二种是当AD5663的输出电压大于1.73时，可以通过AD5663的输出调节LM2596S的输出，而且为线性关系。

3、软件设计

经过上述的分析和设计，相关软件的编写就变得相对容易了。AD5663有一个输入移位寄存器，对AD5663操作都是通过输入移位寄存器来实现的。

（1）输入移位寄存器

输入移位寄存器为24位宽。前2位是无关位，后续三位是命令位C2至C0，然后是3位DAC地址A2至A0，其结构如下：

 

（2）软件复位

软件复位也是通过操作输入移位寄存器来实现的。命令位的定义没有变化，数据段的最后一位作为软件复位的模式设定，其它位无效。最后一位为0时，会清除DAC寄存器和输入寄存器，而最后一位为1时清除掉全部寄存器。最后一位为1时，实际就是上电复位模式。输入移位寄存器的数据格式如下：

 

其软件实现如下：

 1 void Ad5663SoftwareReset(AD5663ResetType resetMode,void (*WriteByteToAD5663)(uint8_t))
 2 {
 3   uint32_t inputShiftData=0;
 4  
 5   if(resetMode==ResetSoftware)
 6   {
 7     inputShiftData=RESET|Register_Reset_Software;
 8   }
 9  
10   if(resetMode==ResetPoweron)
11   {
12     inputShiftData=RESET|Register_Reset_Poweron;
13   }
14   uint8_t txData[3];
15   txData[0]=inputShiftData>>16;
16   txData[1]=inputShiftData>>8;
17   txData[2]=inputShiftData;
18  
19   WriteByteToAD5663(txData[0]);
20   WriteByteToAD5663(txData[1]);
21   WriteByteToAD5663(txData[2]);
22 }

（3）上电复位

上电复位也是通过操作输入移位寄存器来实现的。命令位的定义没有变化，数据段的DB5和DB4定义掉电的模式，而DB1和DB0定义操作的通道。输入移位寄存器的数据格式如下：

 

其软件实现如下：

/*设置AD5663上电/掉电工作模式*/
void Ad5663PowerUpDownMode(DACHANNEL channel,AD5663PowerdownType powerdownType,void (*WriteByteToAD5663)(uint8_t))
{
  uint32_t inputShiftData=0;
 
  if(channel==DAChannelA)
  {
    inputShiftData=DAC_A;
  }
 
  if(channel==DAChannelB)
  {
    inputShiftData=DAC_B;
  }
 
  if(channel==ChannelAll)
  {
    inputShiftData=DAC_A|DAC_B;
  }
 
  switch(powerdownType)
  {
  case NormalOperation:
    {
      inputShiftData=inputShiftData|Normal_Operation|Power_Down;
      break;
    }
  case R1K2GND:

    {
      inputShiftData=inputShiftData|_1K_GND|Power_Down;
      break;
    }
  case R100K2GND:
    {
      inputShiftData=inputShiftData|_100K_GND|Power_Down;
      break;
    }
  case ThreeState:
    {
      inputShiftData=inputShiftData|Three_State|Power_Down;
      break;
    }
  }

（4）输出操作

对各输出通道值的操作也是同过输入移位寄存器来完成。其数据格式如前面输入移位寄存器的介绍。后16位是数据（0-65535），然后是3位地址和3位命令。通讯的时序图如下所示：

 1 设置DA通道的值具体代码如下：
 2 void SetAD5663ChannelValue(DACHANNEL channel,uint16_t data,void (*WriteByteToAD5663)(uint8_t))
 3 {
 4   uint32_t inputShiftData=0;
 5   if(channel==DAChannelA)
 6   {
 7     inputShiftData=WriteTo_Update_DAC_Channel|DAC_Channel_A|data;
 8   }
 9  
10   if(channel==DAChannelB)
11   {
12     inputShiftData=WriteTo_Update_DAC_Channel|DAC_Channel_B|data;
13   }
14   uint8_t txData[3];
15   txData[0]=inputShiftData>>16;
16   txData[1]=inputShiftData>>8;
17   txData[2]=inputShiftData;
18  
19   WriteByteToAD5663(txData[0]);
20   WriteByteToAD5663(txData[1]);
21   WriteByteToAD5663(txData[2]);
22 }

4、结论
经过实际应用后，应该说效果还是不错的可以实现输出电压的连续调节。但也存在一些需要改进的地方。

第一，因为采用了二极管输出，产生了管压降无意中抬高了DAC输出的零点。而由于电路结构的原因DAC的输出需要大于1.73V才会进入调节段，实际上使DAC丧失了三分之一的精度。

第二，理论上输出应该是线性的，但实际上由于电源元件和电阻反馈网络的温度效应等，其实在某些段线性并不太好。

第三，因为电源器件的输出精度影响实现自动调节时，参数的整定变得较为麻烦，在不同的段其输出精度不同参数的设置也要不同，或者降低调整速度。

对于这些问题，我们考虑了一些改进措施，如采用运放代替二极管，采用输出精度高一点的DC/DC电源等。还在软件上，我们采用专家PID来进行控制以提高调节的精度。
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