基于DSP的大功率數(shù)字開關(guān)電源設(shè)計(jì)

摘要：結(jié)合電力電子技術(shù)和嵌入式技術(shù)，設(shè)計(jì)了以全橋隔離式PWM變換器為核心，基于DSP處理器TMS320F2812的高精度大功率數(shù)字開關(guān)電源。完成了系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)及軟件數(shù)字PID算法，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化采樣、運(yùn)算、控制輸出、系統(tǒng)監(jiān)控和人機(jī)接口等功能。
關(guān)鍵詞：數(shù)字開關(guān)電源；DSP；PWM；PID

0 引言
隨著電力電子技術(shù)的高速發(fā)展，開關(guān)電源得到了廣泛應(yīng)用，日新月異的高科技產(chǎn)品也對(duì)開關(guān)電源提出了更高的要求。傳統(tǒng)的基于模擬控制技術(shù)的開關(guān)電源發(fā)展了很多年，各方面都比較成熟，但有其自身無(wú)法克服的缺點(diǎn)，數(shù)字開關(guān)電源技術(shù)的出現(xiàn)克服了傳統(tǒng)模擬控制技術(shù)的缺陷，為開關(guān)電源設(shè)計(jì)領(lǐng)域注入了新的活力。隨著數(shù)字控制方法、數(shù)字控制電路結(jié)構(gòu)的發(fā)展和數(shù)字化開關(guān)電源市場(chǎng)需求的推動(dòng)，數(shù)字化控制開關(guān)電源在電源領(lǐng)域里的優(yōu)勢(shì)越來(lái)越明顯。
本文結(jié)合電力電子技術(shù)和嵌入式技術(shù)，設(shè)計(jì)了基于DSP處理器TMS320F2812的大功率數(shù)字開關(guān)電源，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化采樣、運(yùn)算、控制輸出、系統(tǒng)監(jiān)控和人機(jī)接口等功能。該設(shè)計(jì)充分發(fā)揮DSP處理器精度高、速度快等特點(diǎn)，提高了開關(guān)電源的輸出精度、智能度、集成度和系統(tǒng)穩(wěn)定性。

1 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)
本設(shè)計(jì)主要由輸入電網(wǎng)濾波、輸入整流濾波、DC-DC變換、輸出濾波、DSP控制電路、驅(qū)動(dòng)電路、電壓電流反饋電路、輔助黽源電路、人機(jī)接口電路等幾部分組成。該設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì)框圖如圖1所示：

其基本原理是：交流輸入電壓經(jīng)電網(wǎng)濾波、整流濾波得到直流電壓，該直流電壓在DC-DC變換電路內(nèi)部經(jīng)過高頻逆變、高頻變壓器隔離變換、整流等一系列變換后輸出直流電壓，最后再經(jīng)過輸出濾波電路，得到需要的高質(zhì)量、高品質(zhì)的直流電壓。
輸入電網(wǎng)濾波、輸入整流濾波、輸出濾波電路、電壓電流反饋電路、輔助電源電路等部分的設(shè)計(jì)基本和傳統(tǒng)的模擬控制技術(shù)相同，本文不再介紹。人機(jī)接口電路主要實(shí)現(xiàn)檢測(cè)參數(shù)的反饋以及處理器基準(zhǔn)電壓的實(shí)現(xiàn)，在本文也不做過多的介紹。本文主要介紹DSP控制電路、DC-DC變換電路、驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)方法。
1．1 DSP控制電路
本設(shè)計(jì)采用DSP處理器TMS320F2812為核心控制芯片。
其工作原理：輸出電壓和電感電流通過反饋網(wǎng)絡(luò)，將反饋信號(hào)轉(zhuǎn)換為DSP所需要的電平，接至DSP的A／D轉(zhuǎn)換口，轉(zhuǎn)換后的信號(hào)與通過人機(jī)接口電路輸入的電壓基準(zhǔn)信號(hào)一起經(jīng)過電壓電流調(diào)節(jié)器獲得實(shí)際的正弦調(diào)制信號(hào)，該正弦調(diào)制信號(hào)與DSP定時(shí)器產(chǎn)生的三角波載波信號(hào)相交截，輸出帶有一定死區(qū)的PWM控制信號(hào)，最后經(jīng)驅(qū)動(dòng)單元送到IGBT。