基于DSP的智能功放開關(guān)電源設(shè)計(jì)方案

2．2 功放開關(guān)電源模塊控制電路

該控制電路以DSPTFMS320F2812為核心，主要包括產(chǎn)生移相脈沖波形、實(shí)時(shí)采樣、功率調(diào)節(jié)、過壓保護(hù)、過流保護(hù)、過功率保護(hù)、濾波算法和全橋移相算法等功能。采用TMS320F2812內(nèi)置的16路12位高分辨率A／D轉(zhuǎn)換電路實(shí)現(xiàn)電壓、電流實(shí)時(shí)采樣．每通道的最小轉(zhuǎn)換時(shí)間為80 ns，A／D轉(zhuǎn)換電路的輸入信號(hào)電平范圍為0～3 V。采樣后，通過軟件編程調(diào)整驅(qū)動(dòng)全橋逆變器開關(guān)管的PWM波形移相角，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓，同時(shí)當(dāng)輸出電壓、電流過高或欠壓時(shí)，DSP調(diào)用相應(yīng)的子程序處理突發(fā)異常事件，起到保護(hù)作用。同時(shí)通過A／D采樣輸出電壓電流信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算，可精確測(cè)量輸出功率，并調(diào)整事件管理器相關(guān)寄存器的值來調(diào)節(jié)輸出電壓。

控制器的動(dòng)態(tài)特性和穩(wěn)壓精度等性能與調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)密切相關(guān)。在功放開關(guān)電源的設(shè)計(jì)中，采用增量式PID控制算法。

電源設(shè)計(jì)中的數(shù)字控制均采用數(shù)字采樣控制，即根據(jù)采樣時(shí)刻的偏差值計(jì)算控制量。PID控制的離散形式為：

式中，Ts為采樣周期。

式(1)為是位置式PID控制算式。為增加控制系統(tǒng)的可靠性，采用增量式PID控制算式，即DSP只輸出控制量u(k)的增量，式(1)是第K次PID控制器的輸出量，那么(K-1)次PID控制器的輸出量為：

因此，增量式PID控制算法為：

式(3)和式(4)就是該控制程序的增量式PID控制算式。增量式PID控制與位置式PID控制相比僅算法不同，但它只輸出增量，減少了DSP誤操作時(shí)對(duì)控制系統(tǒng)的影響，而且不會(huì)產(chǎn)生積分失控。圖3為基于TMS320F2812的PID控制器的實(shí)現(xiàn)框圖。

2．3 功放開關(guān)電源的軟件設(shè)計(jì)

基于DSP的功放開關(guān)電源的軟件設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)以下功能：

(1)全橋移相脈沖的產(chǎn)生 利用TMS320F2812事件管理器中兩個(gè)比較單元直接輸出電路脈沖。從移相基本原理來看，滯后橋臂相對(duì)于超前臂之間的驅(qū)動(dòng)有一個(gè)周期性延時(shí)，其延時(shí)角即為移相角。設(shè)定由比較單元1輸出的PWM1／PWM2分別驅(qū)動(dòng)超前臂開關(guān)管VQ1、VQ3，由比較單元2輸出的PWM3／PWM4驅(qū)動(dòng)滯后臂開關(guān)管 VQ4、VQ2。每個(gè)橋臂上下兩管之間的驅(qū)動(dòng)脈沖互補(bǔ)且?guī)绤^(qū)，固定超前橋臂的驅(qū)動(dòng)在每周期的0時(shí)刻發(fā)出，則只要延遲移相角φ對(duì)應(yīng)的時(shí)間，再發(fā)生比較事件則可得到滯后橋臂的驅(qū)動(dòng)脈沖，從而實(shí)現(xiàn)0°～180°范圍內(nèi)的自由移相。

(2)過壓、過流、過功率的檢測(cè)和保護(hù) 基于DSP的功放開關(guān)電源具有過壓、過流、過功率、過熱等保護(hù)功能。發(fā)生異常時(shí)．系統(tǒng)進(jìn)入異常中斷服務(wù)子程序進(jìn)行處理，并及時(shí)閉鎖PWM輸出。為防止誤動(dòng)作，設(shè)定連續(xù)讀取20個(gè)異常信號(hào)才認(rèn)定為電路異常，否則不處理。各模塊程序流程如圖4～圖6所示。