開關(guān)電源控制及觸發(fā)電路的設(shè)計(一)-自動化

1、開關(guān)電源控制及觸發(fā)電路的設(shè)計(一)-自動化     2013-06-24 01:10        導(dǎo)讀：自動化論文畢業(yè)論文，開關(guān)電源控制及觸發(fā)電路的設(shè)計(一)-自動化畢業(yè)怎么寫，格式要求，寫法技巧，展示的這篇論文是很好的參考：        控制及觸發(fā)電路的設(shè)計  電壓電流檢測         &

2、#160;  控制及觸發(fā)電路的設(shè)計 電壓電流檢測 如圖3-7所示，電路的控制及觸發(fā)信號的產(chǎn)生均由DSP芯片產(chǎn)生。電路的控制很簡單，在DSP檢測到充電電容的電壓達到要求值后，關(guān)斷IGBT的驅(qū)動信號即可。其檢測信號由霍爾電壓傳感器來完成?；魻栯妷簜鞲衅靼褭z測到的電壓信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器輸入到DSP內(nèi)，DSP把進來的電壓信號與設(shè)定的信號進行比較，當(dāng)電壓信號大于設(shè)定值時發(fā)出控制信號，關(guān)斷PWM波輸出。  圖3-11 霍爾傳感器 端子說明： IN+：輸入電壓正； IN： 輸入電壓負(fù)； +：正電源；

3、0;-：負(fù)電源； M：輸出端； ：公共地。 霍爾傳感器的輸出端M接A/D轉(zhuǎn)換器，把數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為電壓信號輸入給DSP10。 輸出電流也采用霍爾電流傳感器采集信號，為DSP提供控制信號和保護信號. IGBT的驅(qū)動 IGBT的驅(qū)動信號充分利用了DSP的功能，DSP產(chǎn)生PWM驅(qū)動信號，但此PWM信號的驅(qū)動能力較差，不能直接驅(qū)動IGBT。DSP的驅(qū)動信號需經(jīng)放大信號放大在進行驅(qū)動。在此選富士電機公司的EXB841做為IGBT的驅(qū)動器。 EXB840（841）是高速型（最大40kHz 運行），其內(nèi)部電路框圖如圖3-12所示。它為直插式

4、結(jié)構(gòu)，額定參數(shù)和運行條件可參考其使用手冊。  圖3-12 EXB系列集成驅(qū)動器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 EXB系列驅(qū)動器的各引腳功能如下： 腳1：連接用于反向偏置電源的濾波電容器； 腳2：電源（ 20V ）； 腳3：驅(qū)動輸出；  腳：用于連接外部電容器，以防止過流保護電路誤動作（大多數(shù)場合不需要該電容器）；  腳5：過流保護輸出； 大學(xué)排名 腳6：集電極電壓監(jiān)視；  腳7、8 ：不接；  腳9：電源；  腳10、11：不接；  腳14、15：驅(qū)動信號輸入（，）11。 

5、;由于本系列驅(qū)動器采用具有高隔離電壓的光耦合器作為信號隔離，因此能用于交流380V的動力設(shè)備上。 IGBT 通常只能承受10s的短路電流，所以必須有快速保護電路。EXB系列驅(qū)動器內(nèi)設(shè)有電流保護電路，根據(jù)驅(qū)動信號與集電極之間的關(guān)系檢測過電流，其檢測電路如圖3-13（a）。所示。當(dāng)集電極電壓 高時，雖然加入信號也認(rèn)為存在過電流，但是如果發(fā)生過電流，驅(qū)動器的低速切斷電路就慢速關(guān)斷IGBT，從而保證1GBT不被損壞。如果以正常速度切斷過電流，集電極產(chǎn)生的電壓尖脈沖足以破壞IGBT，關(guān)斷時的集電極波形如圖 3-13(b)所示。IGBT在開關(guān)過程中需要一個+15V電壓以獲得低開啟電壓，還需要一個

6、-5V關(guān)柵電壓以防止關(guān)斷時的誤動作。這兩種電壓（15V和-5V）均可由20V供電的驅(qū)動器內(nèi)部電路產(chǎn)生，如圖3-13(C)所示。 a)過電流檢測器    b）關(guān)斷時集電極電流波形 c）柵極電壓產(chǎn)生圖3-13 過電流檢測及相關(guān)電流波形DSP的選擇 目前市場上DSP品種繁多，數(shù)不勝數(shù)，僅是大的DSP生產(chǎn)廠家就有TI公司、Lucent.、T&T、AD、Motorola等公司，其中TI公司被公認(rèn)為DSP領(lǐng)域的技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)者和開拓者。本課題決定采用TI公司專為數(shù)字電機控制而設(shè)計的TMS320F240芯片。它采用CMOS集成電路技術(shù)。與所有的TMS320

7、F2xx系列一樣，F(xiàn)240芯片具有高性能運算能力的16位定點DSP內(nèi)核和高效的指令集。通過把一個高性能的DSP內(nèi)核和微處理器的片內(nèi)外圍設(shè)備集成為一個芯片的方案，F(xiàn)240成為傳統(tǒng)的徽處理器和昂貴的多片設(shè)計的一種廉價的替代品。每秒2k萬條指令的處理速度，使F240 DSP控制器可以遠遠超過傳統(tǒng)的16位微控制器和微處理器的性能。F240器件的16位定點DSP內(nèi)核為模擬系統(tǒng)的設(shè)計者提供了一個不犧牲系統(tǒng)精度和性能的數(shù)字解決方案。TMS320F240外型見圖3-14。  TMS320F24具有一個32位的中央算術(shù)邏輯單元和累加器。CALU具有獨立的算術(shù)單元和輔助寄存器算術(shù)單元，執(zhí)行一系列的算術(shù)和

8、邏輯運算。乘法部分由乘法器、乘積寄存器(PREG)。暫存寄存器(TREG)和乘積移位器四部分組成。高速乘法器使F240可以高效地完成卷積、相關(guān)和濾波等數(shù)字信號處理中的基本運算。在將乘積寄存器的值送入CALU之前，乘積移位器將對乘積寄存器值進行定標(biāo)操作。TMS320F240還包含輔助寄存器算術(shù)單元。這類算術(shù)單元獨立于CALU。ARAU的主要功能是對8個輔助寄存器(從AR0到AR7)執(zhí)行算術(shù)操作，該操作可與CALU中的操作并行進行。 為加強信號處理能力，TMS320F240采用改進的哈佛結(jié)構(gòu)，即獨立的程序和數(shù)據(jù)存儲空間和總線結(jié)構(gòu)。程序總線傳輸程序存儲空間內(nèi)的指令代碼和立即操作數(shù)，數(shù)據(jù)總線

9、將數(shù)據(jù)存儲空間與CALU。輔助寄存器等部分連接到一起。而且程序和數(shù)據(jù)總線都可以在一個指令周期內(nèi)將片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器、片內(nèi)或片外程序存儲器中的數(shù)據(jù)送入乘法器以完成一次乘加運算。TMS320F240具有很高的并行機制，數(shù)據(jù)在CALU中被處理的同時，在ARAU中還可以進行算術(shù)操作。這種并行機制的結(jié)果是在一個指令周期內(nèi)可以完成一系列算術(shù)、邏輯和位操作。圖3-14 DSP引腳圖 TMS320F240是該系列DSP控制器推出的第一個標(biāo)準(zhǔn)器件，它確定了單片數(shù)字電機控制器的標(biāo)準(zhǔn)。其指令執(zhí)行速度是20MIP/S，幾乎所有的指令都可以在一個50ns的單周期內(nèi)執(zhí)行完畢。這種高性能使復(fù)雜控制算法的實時執(zhí)行成為可

10、能，例如自適應(yīng)控制和卡爾曼濾波。非常高的采樣速率也可以用來使環(huán)路延遲達到最小。TMS320F240不僅有高速信號處理和數(shù)字控制功能所必需的體系結(jié)構(gòu)特點，而且它有為電機控制應(yīng)用提供單片解決方案所必需的外圍設(shè)備。F240是利用亞微米CMOS技術(shù)制造的，達到了較低的功耗。  作為一個系統(tǒng)管理者，DSP必須有強大的片內(nèi)I/O端口和其他外圍設(shè)備。TMS320F240的時間管理器與其它任何DSP均不同，這個應(yīng)用優(yōu)化的外圍設(shè)備單元與高性能的DSP內(nèi)核一起，使在所有類型電機的高精度、高效、全變速控制中使用先進的控制技術(shù)成為可能。事件管理器中包括一些專用的脈寬調(diào)制PWM發(fā)生函數(shù)。三個獨立的雙向定時器，

11、每一個都有單獨的比較寄存器，可以用來支持產(chǎn)生不對稱的或?qū)ΨQ的PWM波形。以下是F240的特點： 1TMS320F2XX核心CPU （1）32位的中央算術(shù)邏輯單元(CALU); （2）32位加法器; （3）16位X16位并行乘法器，32位乘積; （4）三個定標(biāo)移位寄存器; （5）8個16位輔助寄存器，帶有一個專用的算術(shù)單元，用來做數(shù)據(jù)存儲器的間接尋址。 2存儲器 （1）片內(nèi)544 X 1     2013-06-24 01:10    &

12、#160;   導(dǎo)讀：6位的雙端口數(shù)據(jù)/程序RAM; （2）16K字X16位的片內(nèi)PROM或閃存EPROM; （3）224K字X16位的最大可尋址存儲器空間(64K字的程序空間，64K字的數(shù)據(jù)空間，64K字的I/O空間        6位的雙端口數(shù)據(jù)/程序RAM; （2）16K字X16位的片內(nèi)PROM或閃存EPROM; （3）224K字X16位的最大可尋址存儲器空間(64K字的程序空間，64K字的數(shù)據(jù)空間，64K字的I/O空間和32K字的全局空間)； （4

13、）有軟件等待狀態(tài)發(fā)生器的外部存儲器接口模塊，具有16位地址總線和16位數(shù)據(jù)總線； （5）支持硬件等待狀態(tài)。  3程序控制 （1）4級管道操作; （2）8級硬件堆棧; （3）六個外部中斷:電源驅(qū)動保護中斷、復(fù)位、非屏蔽中斷NMI和三個可屏蔽中斷。 4指令系統(tǒng) （1）與TMS320家族的C2X,C2XX,CSX定點產(chǎn)品在源代碼級兼容； （2）單指令重復(fù)操作； （3）單周期的乘法/加法指令； （4）程序/數(shù)據(jù)管理的存儲器塊移動指令； （5）牽引尋址功能； （6）基于2快速

14、傅立葉變換的位反轉(zhuǎn)索引尋址功能。 5電源 （1）靜態(tài)CMOS技術(shù)； （2）4種低電源模式以降低電源損耗； （3）仿真:與片內(nèi)掃描仿真邏輯相連的正EE標(biāo)準(zhǔn)11491測試訪問端口； （4）速度:50ns(20MIPS)的指令周期，多數(shù)指令為單周期。 6事件管理器 （1） 12個比較/脈寬調(diào)制(PWM)通道(其中9個相互獨立)； （2）三個16位通用定時器，有6種工作棋式，包括連續(xù)遞增和連續(xù)加/減計數(shù)； （3）三個16位全比較單元，有死區(qū)功能； （4）三個16位簡單比較單元； （5）四個捕獲

15、單元，其中兩個有正交編碼器脈沖接口功能。 7雙10位模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)。 828個獨立可編程的多路復(fù)用110引腳。 9基于鎖相環(huán)的時鐘模塊。 10帶實時中斷(RTI)的看門狗（WD）定時器模塊。  11串行通訊接口(SCI)12。PWM波的形成 PWM波形的產(chǎn)生主要利用了TMS32OF240的事件管理器模塊?，F(xiàn)在重點介紹其中的通用定時器，與全比較和簡單比較單元相關(guān)的PWM單元。 事件管理器中有三個通用定時器。在實際應(yīng)用中，這些定時器可以用作獨立的時間基準(zhǔn)，如:控制系統(tǒng)中采樣周期的產(chǎn)生和為全比較單元以及相應(yīng)的PWM電路產(chǎn)生比

16、較/PWM輸出的操作提供時間基準(zhǔn)。 其相關(guān)寄存器為16位的雙向計數(shù)器TXCNT.16位的周期寄存器TXPR和16位的比較控制器TXCMPR.(X=I,2,3)。通用定時器的輸入包括：內(nèi)部CPU時鐘、外部時鐘以及復(fù)位信號等。其輸出包括:通用定時器比較/PWM輸出以及和比較單元的匹配信號等。 通用定時器的計數(shù)方式有六種，分別為：停止/保持、單個遞增計數(shù)、連續(xù)遞增計數(shù)、雙向遞增/遞減計數(shù)、單個遞增/遞減計數(shù)以及連續(xù)遞增/遞減計數(shù)。 要產(chǎn)生一個PWM信號，需要有一個合適的定時器來重復(fù)產(chǎn)生一個與PWM周期相同的計數(shù)周期，一個比較寄存器來保持調(diào)制值。比較寄存器的值不斷與定時器

17、計數(shù)器的值相比較，當(dāng)兩個值匹配時，在響應(yīng)的輸出上就會產(chǎn)生一個轉(zhuǎn)換。當(dāng)兩個值之間的第二個匹配產(chǎn)生或一個定時器周期結(jié)束時，響應(yīng)的輸出上會產(chǎn)生又一個轉(zhuǎn)換。通過這種方法，所產(chǎn)生的輸出脈沖的開關(guān)時間就會與比較寄存器的值成比例。 圖3-15 DSP內(nèi)部PWM發(fā)生電路框圖 圖3-15所示為F240內(nèi)部PWM控制信號發(fā)生電路框圖。  為了獲得對稱PWM輸出，我們在軟件上只須做以下工作： （1）配置ACTR來定義全比較輸出引腳的極性； （2）配置 COMCON來使能比較操作和禁止空間向量模式，并設(shè)置ACTR和CMPRX的重載條件為下溢； （3）GP定時

18、器1置為連續(xù)加/減計數(shù)模式并啟動操作。  另外，為了避免同一橋臂上串聯(lián)的兩個功率開關(guān)器件的開啟時間不會互相重疊以至擊穿，6路PWM脈沖還帶有可編程死區(qū)。設(shè)置死區(qū)定時器的控制寄存器(DBTCON)的相應(yīng)位來確定死區(qū)時間13。電路的理想波形 如下圖3-16所示，分別是諧振電流波形Z，及Z和Z的理想驅(qū)動波形。圖3-16諧振電流波形及Z、和Z、Z的驅(qū)動波形電源輸出波形如圖3-17。圖3-17 電源輸出電流波形 脈沖電容的理想波形如下圖3-18。  圖3-18 脈沖電容C上的電壓 本章小結(jié) 本章主要介紹了高壓軟開關(guān)充電電源的設(shè)計過程。

19、詳細(xì)討論了串聯(lián)負(fù)載型DCDC變換電路的工作原理和三種工作方式，并指出串聯(lián)負(fù)載型DCDC變換電路是最適合與給高壓脈沖電容充電的電路形式。本章還介紹了用霍爾傳感器進行電壓和電流的檢測方法，以及用EXB841對IGBT進行驅(qū)動的方法，以及用DSP產(chǎn)生PWM驅(qū)動信號所要做的工作。給出了充電電源的理想驅(qū)動波形和電容電壓波形。                       

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53、160;                                  2013-06-24 01:10        導(dǎo)讀：; 結(jié)論 經(jīng)過一個學(xué)期的學(xué)習(xí)和研究，我對開關(guān)電源的理論和設(shè)計

54、方法有了更深刻的認(rèn)識，結(jié)合作者在完成 過程中所學(xué)到的知識及獲得的經(jīng)驗，可得到以下                                           &#

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