基于DSP的大功率數字開關電源設計

摘要：結合電力電子技術和嵌入式技術，設計了以全橋隔離式PWM變換器為核心，基于DSP處理器TMS320F2812的高精度大功率數字開關電源。完成了系統硬件電路設計及軟件數字PID算法，實現數字化采樣、運算、控制輸出、系統監控和人機接口等功能。
關鍵詞：數字開關電源；DSP；PWM；PID

0 引言
隨著電力電子技術的高速發展，開關電源得到了廣泛應用，日新月異的高科技產品也對開關電源提出了更高的要求。傳統的基于模擬控制技術的開關電源發展了很多年，各方面都比較成熟，但有其自身無法克服的缺點，數字開關電源技術的出現克服了傳統模擬控制技術的缺陷，為開關電源設計領域注入了新的活力。隨著數字控制方法、數字控制電路結構的發展和數字化開關電源市場需求的推動，數字化控制開關電源在電源領域里的優勢越來越明顯。
本文結合電力電子技術和嵌入式技術，設計了基于DSP處理器TMS320F2812的大功率數字開關電源，實現數字化采樣、運算、控制輸出、系統監控和人機接口等功能。該設計充分發揮DSP處理器精度高、速度快等特點，提高了開關電源的輸出精度、智能度、集成度和系統穩定性。

1 系統硬件電路設計
本設計主要由輸入電網濾波、輸入整流濾波、DC-DC變換、輸出濾波、DSP控制電路、驅動電路、電壓電流反饋電路、輔助黽源電路、人機接口電路等幾部分組成。該設計總體設計框圖如圖1所示：

其基本原理是：交流輸入電壓經電網濾波、整流濾波得到直流電壓，該直流電壓在DC-DC變換電路內部經過高頻逆變、高頻變壓器隔離變換、整流等一系列變換后輸出直流電壓，最后再經過輸出濾波電路，得到需要的高質量、高品質的直流電壓。
輸入電網濾波、輸入整流濾波、輸出濾波電路、電壓電流反饋電路、輔助電源電路等部分的設計基本和傳統的模擬控制技術相同，本文不再介紹。人機接口電路主要實現檢測參數的反饋以及處理器基準電壓的實現，在本文也不做過多的介紹。本文主要介紹DSP控制電路、DC-DC變換電路、驅動電路的設計方法。
1．1 DSP控制電路
本設計采用DSP處理器TMS320F2812為核心控制芯片。
其工作原理：輸出電壓和電感電流通過反饋網絡，將反饋信號轉換為DSP所需要的電平，接至DSP的A／D轉換口，轉換后的信號與通過人機接口電路輸入的電壓基準信號一起經過電壓電流調節器獲得實際的正弦調制信號，該正弦調制信號與DSP定時器產生的三角波載波信號相交截，輸出帶有一定死區的PWM控制信號，最后經驅動單元送到IGBT。