基于DSP2407的多功能電源控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

2 DSP控制回路

DSP控制回路，如圖3所示，是一個(gè)實(shí)時(shí)監(jiān)測和控制系統(tǒng)，主要是對電源輸出端電壓/電流、IGBT逆變器溫度進(jìn)行監(jiān)測，對采集的信息進(jìn)行分析運(yùn)算等。控制電路主要包括DSP最小系統(tǒng)、脈寬調(diào)制電路、驅(qū)動(dòng)電路、數(shù)據(jù)采集電路和保護(hù)電路?？刂苹芈返妮敵鲂盘柨刂浦骰芈返膶?dǎo)通，即將采集到的電源相關(guān)參數(shù)輸送到DSP芯片進(jìn)行分析計(jì)算，得出相應(yīng)的控制數(shù)據(jù)，再通過驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行功率放大，送到逆變器的控制端，從而控制輸出電壓和電流。

圖3 DSP控制回路原理圖

① DSP最小系統(tǒng)

DSP控制器是控制回路的核心，采用TI公司的TMS320LF2407芯片。TMS320LF2407是TI 公司專為電機(jī)以及逆變器控制而設(shè)計(jì)的單片DSP控制器，具有高性能、低功耗、集成度高等特點(diǎn)。其16位定點(diǎn)的、處理速度為3×107條指令／s的 C2xLP內(nèi)核為模擬系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者提供了一個(gè)不犧牲系統(tǒng)精度和性能的數(shù)字解決方案，通過把一個(gè)高性能的DSP內(nèi)核和微處理器的片內(nèi)外設(shè)集成為一個(gè)芯片的方案，使得它成為傳統(tǒng)的微控制單元(MCU)和昂貴的多片設(shè)計(jì)的一種廉價(jià)的替代產(chǎn)品。DSP最小系統(tǒng)包括時(shí)鐘電路、電源電路、復(fù)位電路、JTAG仿真接口、片外程序／數(shù)據(jù)存儲器和電平轉(zhuǎn)換電路。時(shí)鐘電路包括了外接晶體和內(nèi)部電路構(gòu)成的晶體振蕩器，頻率在6～16MHz之間，這里選擇15MHz晶振；TMS320LF2407的供電電壓為+3.3V，而常用的TTL電路供電電壓為+5V，因此，電源電路選用TPS7333QD芯片來提供穩(wěn)定的+3.3V的工作電壓和上電復(fù)位信號；復(fù)位電路采用手動(dòng)復(fù)位方式，即在VCC（+3.3V）與復(fù)位（RS）引腳之間串聯(lián)一個(gè)阻值≥10kΩ的上拉電阻。

② 脈寬調(diào)制電路

控制系統(tǒng)采用集成脈寬調(diào)制芯片SG3525構(gòu)成的脈寬調(diào)制電路。輸入SG3525的誤差信號經(jīng)過誤差放大器放大后，與其內(nèi)部振蕩器產(chǎn)生的鋸齒波進(jìn)行比較，輸出的脈寬信號再經(jīng)分相器分成2路互不重疊的兩相信號，由具有圖騰柱結(jié)構(gòu)的輸出端11和14輸出?？刂菩盘栐酱?，則輸出的脈寬越寬，脈寬調(diào)制電路原理如圖4所示。由于驅(qū)動(dòng)模塊M57959L需要的是低電平輸入信號，SG3525輸出的2路PWM 信號經(jīng)過工作在飽和狀態(tài)的三極管反相輸出后加到M57959L的13腳。

圖4 SG3525脈寬調(diào)制電路

③ 驅(qū)動(dòng)電路

驅(qū)動(dòng)電路的作用是將SG3525輸出的2路PWM 脈沖進(jìn)行功率放大，以驅(qū)動(dòng)IGBT。M57959L是日本三菱公司為驅(qū)動(dòng)IGBT而設(shè)計(jì)的厚膜集成電路，具有封閉性短路保護(hù)功能，其實(shí)質(zhì)是一個(gè)隔離型放大器，采用光耦合方法實(shí)現(xiàn)輸入與輸出的電氣隔離，隔離電壓高達(dá)2500V；配置了短路／過載保護(hù)電路。M57959L驅(qū)動(dòng)電路如圖5所示。電阻Rg為 IGBT柵極限流電阻，二極管D1是過載/短路檢測二極管，穩(wěn)壓二極管D2用以補(bǔ)償D1反向恢復(fù)時(shí)間（在D1反向恢復(fù)時(shí)間偏長時(shí)使用），穩(wěn)壓二極管D3、 D4用于保護(hù)IGBT的發(fā)射結(jié)。

圖5 M57959L驅(qū)動(dòng)電路

④ 數(shù)據(jù)采集電路

多功能電源要實(shí)現(xiàn)三種輸出特性，即恒壓、恒流、脈沖，需要進(jìn)行恒值控制，因而必須設(shè)計(jì)精度高、采樣速度快的恒值反饋采樣電路。由于線性霍爾傳感器體積小、外圍電路簡單、頻帶寬、動(dòng)態(tài)特性好、壽命長，并具有電磁隔離的功能而被廣泛應(yīng)用于逆變電路中。

數(shù)據(jù)采集電路采用CHB－500S型霍爾電流傳感器對電流采樣，其額定電流為500A，輸出電流100mA，響應(yīng)時(shí)間小于1μs，采用±15V供電。電壓采樣采用的是CHV－25P型霍爾電壓傳感器，其最大量程為500V，輸出電流25mA，線性度為0.2％，亦采用±15V供電?；魻栯娏鱾鞲衅鬏敵龅奈⑿‰娏餍盘柺紫冉?jīng)過I/V電路轉(zhuǎn)換成電壓信號，然后經(jīng)運(yùn)算放大器放大緩沖后送入DSP芯片中進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。

數(shù)據(jù)采集電路是DSP微處理器的前向通道，較易受到干擾，因此，在模擬輸入端加上RC阻容電路，可以起到低通濾波的作用，減輕噪音的影響。