基于DSP的軟開關(guān)電源的研究

1、科技廣場基于的軟開關(guān)電源的研究金影梅（常州銀河電器有限公司，江蘇常州）（，）摘要：開關(guān)電源廣泛應用于航空、通信、交通等領(lǐng)域。隨著高頻技術(shù)、諧振技術(shù)的發(fā)展，全橋移相軟開關(guān)電源廣泛應用于低壓、大電流開關(guān)電源領(lǐng)域，因此有必要對其進行研究。本文介紹了以高性能數(shù)字信號處理器為控制核心的逆變電源控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計。關(guān)鍵詞：開關(guān)電源；軟開關(guān)；中圖分類號：文獻標識碼：文章編號：（）Abstract：，Keywords：；0引言隨著工業(yè)和科學技術(shù)的發(fā)展，用戶對電能質(zhì)量的要求越來越高，包括市電在內(nèi)的所有原始電能可能滿足不了用戶的要求，必須經(jīng)過處理后才能使用，逆變技術(shù)在這種處理中起傳統(tǒng)的逆變技術(shù)多為模擬控制或模擬

2、與數(shù)到了重要的作用。字相結(jié)合的控制系統(tǒng)，其缺點為：控制電路的元器件比較多，體積龐大，結(jié)構(gòu)復雜；靈活性不夠，硬件電路一旦設(shè)計完成，控制策略就不能改變；調(diào)試比較麻煩，由于元器件特性的差異，致使電源一致性差，且模擬器件的工作點漂移，會導致系統(tǒng)參數(shù)的漂移，從而給調(diào)試帶來不便。因此，傳統(tǒng)的逆變器在許多場合已不適應新的要求。隨著高速、廉價的數(shù)字信號處理器（）的問世，于是便出現(xiàn)了數(shù)字電源（）。其優(yōu)點有：數(shù)字化更容易實現(xiàn)數(shù)字芯片的處理和控制，避免模擬信號傳遞的畸變、失真，減少雜散信號的干擾；可控性好，易擴展，芯片本身可編程，容易升級維修，便于系統(tǒng)調(diào)試；如果將網(wǎng)絡通訊和電源軟件調(diào)試技術(shù)相結(jié)合，可實現(xiàn)遠程遙感、遙

3、測、遙調(diào)；這些優(yōu)點使得逆變電源數(shù)字化控制成為今后的發(fā)展趨勢。本文采用公司的型芯片設(shè)計了一種新型的高頻高壓開關(guān)電源，對電源主電路實現(xiàn)了全數(shù)字控制，輸出電壓設(shè)置定點可調(diào)，提高了輸出電壓的精度和穩(wěn)定度。1TMS320F2812的PWM生成機制數(shù)字電源控制的設(shè)計方法一般步驟是，首先應建立功率轉(zhuǎn)換器與負載的數(shù)學模型，其次必須決定控制架構(gòu)與控制器的設(shè)計方法，再經(jīng)由計算機輔助設(shè)計與仿真軟件（如、等）決定控制器的參數(shù)。如果設(shè)計能夠符合規(guī)格的要求，那么就可進一步實現(xiàn)控制器。在以微電腦為基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)，此階段的設(shè)計包含了硬件與軟件設(shè)計兩部份。硬件設(shè)計首先須決定適當?shù)?，一般考慮主要在于價格、簡單性、界面與計算能力。

4、單芯片微控器由于符合這些條件，通常是工業(yè)控制器主要的選擇。軟件設(shè)計則較為復雜，這其中包含了整數(shù)化、匯編程序設(shè)計、中斷處理、信號處理等。在變換器的應用中，主要用到三個模塊：圖一系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖位模數(shù)轉(zhuǎn)換器、事件管理器、內(nèi)核，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖一所示。產(chǎn)生控制電路所需的波，在每個周期末，對電路的輸出電壓采集一次數(shù)據(jù)，采集完成后向發(fā)出一個中斷請求。進入服務子程序，按指定的算法對采樣結(jié)果進行運算。運算的輸出結(jié)果是的值，通過來改變的占空比，流程如圖二所示。圖二系統(tǒng)流程框圖2模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊特性最快的轉(zhuǎn)換時間為，帶內(nèi)置采樣保持的位模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊；個模擬輸入通道。一次可執(zhí)行最多個通道的“自動轉(zhuǎn)換”，而每次要轉(zhuǎn)換的通道都可以

5、通過編程來選擇。兩個獨立的最多可以選擇個模擬通道的排序器（和），可以獨立工作于雙排序器模式，或者級連之后工作在一個最多可以選擇個模擬轉(zhuǎn)換通道的排序器模式。在給定的排序方式下，四個排序控制器（）決定了模擬通道的轉(zhuǎn)換順序?？蓡为氃L問的個結(jié)果寄存器基（）用來存儲轉(zhuǎn)換結(jié)果。采樣保持獲取時于間窗口有單獨的預定標控制。模擬量輸入范圍：，多個DSP觸發(fā)源可以啟動轉(zhuǎn)換：的軟件：軟件立即啟動（用位）；軟開：事件管理器；關(guān)：事件管理器；電源外部：引腳。的靈活的中斷控制允許在每一個或每隔一個序列的結(jié)束研究時產(chǎn)生一次中斷請求。排序器可工作在啟動停止模式，允許多個按時間排序的觸發(fā)源同步轉(zhuǎn)換。和可各自獨立地觸發(fā)和（僅用于

6、雙排序器模式）?？删幊痰膬?nèi)置校驗模式和內(nèi)置自測試模式可對模塊的轉(zhuǎn)換結(jié)果進行測試和校正。轉(zhuǎn)換結(jié)果×（輸入的模擬信號）（）自動排序器的工作原理轉(zhuǎn)換可以有兩種不同的工作模式：級連工作方式和雙排序模式。兩種不同的工作模式由來進行選擇。在這兩種工作方式下，模塊都能序列轉(zhuǎn)換并自動排序。轉(zhuǎn)換結(jié)束后，轉(zhuǎn)換的數(shù)值結(jié)果保存在該通道相應的結(jié)果寄存器（）中。用戶可以對同一通道進行多次采樣，即實行過采樣，這樣可以獲得分辨率更高的采樣結(jié)果。3系統(tǒng)軟件設(shè)計本系統(tǒng)的軟件部分由主程序、調(diào)節(jié)子程序、軟啟動子程序、故障保護子程序和三個中斷服務程序組成。主程序主程序的任務主要是系統(tǒng)的初始化、開關(guān)機判斷、一般性故障處理及等待

7、中斷。初始化需要進行常量、變量的初始化設(shè)置；口及輸出口的設(shè)置；中斷設(shè)置；定時單元、事件管理器和模塊中關(guān)鍵寄存器的設(shè)置等等。開關(guān)機判斷是通過循環(huán)查詢對應輸入口的邏輯電平來實現(xiàn)的。本系統(tǒng)采用了定時器的連續(xù)增計數(shù)方式，在系統(tǒng)初始化完成以前禁止其比較操作，對應的口輸出為高阻態(tài)。通過口設(shè)置了觸發(fā)器的初始狀態(tài)，防止系統(tǒng)啟動時給出錯誤的信號。轉(zhuǎn)換初始化將設(shè)置啟動轉(zhuǎn)換方式、采樣模式、需要采樣的通道排序以及清零算法中用到的一些變量單元。初始化完成后，開啟定時器并等待中斷。當定時器的計數(shù)值與比較寄存器值相同時，輸出置位（低有效）；且用比較匹配中斷啟動轉(zhuǎn)換，依次采樣輸出電壓、輸出濾波電感電流和變壓器原邊電流。轉(zhuǎn)換完

8、成進入轉(zhuǎn)換完成中斷，在該中斷中調(diào)用控制程序計算下一周期需要的占空比值。原邊電流值主要用于過流限制以及變壓器磁偏的補償。占空比的更新在比較匹配中斷服務程科技廣場序中完成。主程序流程圖如圖三所示：圖三主程序流程圖中斷服務程序定時器的比較中斷服務程序?qū)⒏掠白蛹拇嫫髦械闹怠．斨芷谥袛鄟淼綍r，影子寄存器的值自動加載到中，完成占空比控制量更新。中斷服務程序主要是讀取及保存采樣結(jié)果，并調(diào)用算法計算出誤差控制量，其程序流程圖如圖四所示。控制子程序在控制子程序中，先根據(jù)采樣值計算偏差量（），并判斷是否達到積分分離控制的閾值。沒達到之前一直保持控制，達到之后加入積分環(huán)節(jié)，變?yōu)榭刂?。在計算出新的比較值后，對其進行限幅處理。然后計算電流環(huán)，限幅處理后調(diào)用占空比計算子程序，把誤差量轉(zhuǎn)化為占空比控制量，存入中。圖四中斷系統(tǒng)流程圖從實際測試結(jié)果來看，本文所設(shè)計的電源在負載時，所有開關(guān)管均工作于零電壓狀態(tài)，實現(xiàn)了電源的軟開關(guān)，且變換器的效率亦達到要求；滿載時雖變壓器副邊占空比相對而言有大部分的丟失，但仍能實現(xiàn)電源軟開關(guān)，從而可以看出所設(shè)計的開關(guān)電源可以使大多數(shù)負載工作在軟開關(guān)狀態(tài)。參考文獻徐九玲，謝運祥，彭軍開關(guān)電源的新