基于TMS320C6713和FPGA的數(shù)字電源控制模塊設(shè)計

1、引言

重離子加速器冷卻儲存環(huán)（HIRFL―CSR）是國家“九五”期間重點(diǎn)工程，主要是由主環(huán)CSRm和實(shí)驗(yàn)環(huán)CSRe組成，可以實(shí)現(xiàn)對重離子的同步加速、冷卻和儲存。磁鐵與電源組成加速器的磁場系統(tǒng)，用來產(chǎn)生約束磁場。儲存環(huán)電源系統(tǒng)為環(huán)二極磁鐵、四極磁鐵、六極磁鐵等提供勵磁電源。CSR電源屬直流穩(wěn)流電源，但與普通穩(wěn)流電源完全不同。其主要特點(diǎn)是環(huán)二極磁鐵電源和環(huán)四極磁鐵電源均為脈沖運(yùn)行模式。要求電源有很高的電流長期穩(wěn)定性、極低紋波、極高可靠性和極快速脈沖跟蹤性，且二極磁鐵電源和四極磁鐵電源必須同步運(yùn)行。為了減少偏轉(zhuǎn)磁場的離散度，主環(huán)與實(shí)驗(yàn)環(huán)二極磁鐵電源串聯(lián)連接，各有一臺電源供電。

這種電源在構(gòu)成系統(tǒng)時選用元器件的精度和其溫漂直接影響整體性能指標(biāo)，普通元器件構(gòu)成的調(diào)節(jié)器可能無法滿足其精度要求。為此，我們采用了基于TMS320C6713高速DSP的數(shù)字調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)方案。

2、數(shù)字電源控制模塊的設(shè)計

隨著單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展和控制理論研究的深入，電源的數(shù)字化控制也從比較簡單的MCU加電源芯片的控制結(jié)構(gòu)發(fā)展到利用高性能DSP及FPGA進(jìn)行PWM、通信、監(jiān)控的全數(shù)字化控制結(jié)構(gòu)。本系統(tǒng)主要由TMS320C6713、FPGA1K30、CPLD和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路等組成，控制系統(tǒng)框圖如圖1所示。

控制系統(tǒng)中各個模塊單元的功能如下。

2.1 主控處理單元

本設(shè)計中采用美國TI公司TMS320C6713數(shù)字信號處理芯片，是TI公司生產(chǎn)的一種高速數(shù)字信號處理器（DSP），采用先進(jìn)的超長指令（VLIW）TMS320C67xTMDSP內(nèi)核，最高時鐘頻率可以達(dá)到300MHz，指令周期最小3.3ns；最高運(yùn)算速度：2400/1800MIPs/MFLOPs。為了加快處理速度，采用2級cache。芯片內(nèi)部有16通道EDMA控制器，能夠高速處理幾乎所有I/O和存儲器的接口問題，大大地提高芯片吞吐速度。外部總的存儲器空間最大512MB，數(shù)據(jù)寬度32b，可以支持SBRAM，SDRAM，SARAM，F(xiàn)LASH和EPROM。TMS320C6713與外部I/O接口可以通過FFA構(gòu)造的I/O端口、HPI口、多通道緩沖（McBSP）口、SPI口、I2C口等幾種主要方式。

系統(tǒng)中DSP主要用來完成數(shù)據(jù)的采集、控制算法的運(yùn)算。數(shù)字化電源的輸出電流經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后送入DSP，經(jīng)過DSP控制算法計算，由反饋于給定值決定PWM的脈沖寬度，并將其送至FPGA。