基于dsp控制的数字开关电源设计

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1、基于DSP控制的数字开关电源设计DesignofdigitalswitchingpowersupplybasedonDSPcontrol胡时高，虎恩典，丁晓军，刘勇HUShi-gao,HUEn-dian,DINGXiao-jun,LIUYong(北方民族大学电气信息工程学院，银川750021)摘要：结合开关电源的发展现状，将数字控制的优点引入设计中，进一步提高开关电源性能。本文提出了基于DSP的开关电源数字PID控制方式，利用DSP事件管理器产生PwM信号，代替了一般的脉宽调制集成电路，并对其主电路、驱动电路及控制和保护电路进行了设计分析。试验表明，该方法能实现对开关电源的有效

2、控制，不但能简化控制电路，提高设备的可靠性，还具有控制灵活、稳定快、负载调整率高等优点，可以在开关电源中推广应用。关键词：开关电源；PID控制；脉宽调制；DSP中图分类号：TM461.5文献标识码：A文章编号：1009-0134(2014)06(上)-0112-04Doi：10.3969/j.issn.1009-0134.2014.06(上).330引言开关电源以其体积小、重量轻和效率高等特电路电流和最后输出直流电压的检测取样；驱动电路对DSP输出的PWM信号进行隔离、放大，并产生驱动功率开关器件的驱动信号；保护电路当过压、过流时封锁PWM脉冲输出，保护系统，它是电源系统可靠工

3、作的保证。图中虚线框内为TMS320LF2407A控制部分，完成信号的A/D转换、PWM输出和保护控制。辅助电源为控制电路和保护电路提供满足一定技术要求的直流电源，点，被广泛应用于电子计算机、家用电器、交通设施、通信和工业设备等领域。高可靠性、智能化及数字化是高频开关电源的发展趋势。一般的开关电源受专用脉宽调制IC固有功能的限制，而且控制电路复杂，由模拟元件存在的老化和温漂等问题所引起的误差使得开关电源的可靠性及精度较差。而数字系统具有设计周期短，易实现模块化管理，能减小模拟元件引起的不稳定和电磁干扰等优点，因此数字控制在开关电源中得到迅速发展[1]。DSP芯片的高速处理能力和

4、丰富的外围设备，非常适合于实时数字信号处理，为开关电源采用全数字控制提供了可行性方案[2]。本文将DSP技术及数字PID控制应用于开关电源，简化了控制电路，减少功耗，提高了控制灵活性和设备的可靠性。[5]。以保证它们工作稳定可靠1系统总体结构本文设计的开关电源基本组成结构框图如图图1系统硬件结构框图22.1开关电源硬件设计主电路拓扑结构电源功率主电路用“AC-DC-AC-DC”变换的1所示，主要由功率主电路、辅助电源电路和以DSP为核心的控制电路组成。主电路由交流输入EMI防电磁干扰电源滤波器、整流滤波、高频变换器和高频整流滤波输出四部分组成[3～6]。控制电路的功能是实现信号

5、处理、闭环控制、故障保护等，通过调节主电路中开关器件的导通占空比来控制主电路输出。其中，检测电路负责功率主拓扑结构，其中高频开关变换器是核心部分，采用典型的双管半桥它激式电路，如图2中虚线框内“高频逆变”所示，图中Q1、Q2为功率三极管，T1为高频变压器，T2为推动变压器，C5、C6为均收稿日期：2014-01-21作者简介：胡时高（1986-），男，硕士研究生，研究方向为计算机控制。【112】第36卷第6期2014-06(上)图2主电路原理图压电容，这些与一般的开关电源相同。其中串联耦合电容C7用以改善高频变压器的偏磁性能[6]。基本工作原理是：220V单相交流电经EMI滤波

6、、整流滤波后得到直流电压，经由Q1、Q2构成的逆变电路产生高频开关脉冲，在T1副边线圈感应出交变的方波脉冲，后经高频整流和LC滤波，得到所需的较高品质的直流电压[5,9]。本设计最后输出五种不同电压分别为±12V，±5V，3.3V，最大总输出功率可达210W。2.2驱动电路设计因DSP产生的PWM信号很难直接驱动半桥逆变电路的功率开关管，所以要在DSP和半桥变换器之间加一个驱动电路，增加驱动功率，同时实现DSP控制回路与功率主电路的电气隔离，保证DSP系统正常运行。本设计采用变压器隔离驱动电路如图3所示。DSP引脚PWM1和PWM2输出相位差180o的脉宽调制控制信号，控制推动

7、管Q3、Q4集电极所接T2推动变压器初级绕组的激励振荡，在T2次级它激振荡产生的感应电势作用于功率开关管Q1、Q2的基极与发射极之间，从而控制主开关变压器T1初级线圈的振荡。其中D5、D6及C9确保Q3、Q4基极有低电平脉冲时能可靠截止。3DSP控制电路设计随着开关电源不断朝着高频数字化发展，利用高性能DSP芯片对电源控制，不但可以简化电路设计，还能快速有效实现各种复杂的控制算法。控制电路采用TMS320LF2407ADSP芯片，它集实时处理和控制外设功能于一体，为控制系统设计提供了很好的解