基于TMS320LF2407A的模塊化直流電源設計

模塊化分布式電源較傳統集中供電系統具有可靠性高、效率高、體積小、使用方便等特點，但需配以可靠的均流措施保證模塊間電應力和熱應力均勻分配。本文提出一種模塊化大功率直流電源，單個電源模塊以DSP為核心，采用高頻開關功率變換技術，實現多模塊并聯運行的穩壓和均流。

2 電源整體設計

以直流22 V～30 V的電壓調節范圍、4 kW功率的電源為基本模塊，采用PWM控制方式，通過改變PWM的占空比來控制輸出。基本模塊的主電路采用半橋拓撲；而控制電路則以TMS320LF2407A為核心，實現穩壓、限流、均流功能，以保護電路包括輸入電壓檢測、輸出過流檢測、輸出過壓檢測和整機過熱檢測等。

3 基本模塊的硬件設計

電源模塊電路原理如圖1所示。由于半橋結構中原邊開關管的電壓應力最小，因此對于離線式開關電源。電路中L1為電路主濾波電感，電感量較大；L2為輔助電感，電感量較小，主要用于進一步減小輸出開關噪聲。

單個電源模塊的額定功率為4 kW，額定輸出電壓為28 V，考慮到過載問題，實際輸出電流最大值為150 A。根據變壓器原邊和副邊功率相等，估算流經功率模塊的電流?？紤]三相交流電源電壓在15％范圍內波動，以最小輸入電壓計算，半橋變換器變壓器原邊繞組電壓為230 V，則流過變壓器原邊繞組，也就是功率模塊的最大電流為18.3 A，功率模塊受到的反壓為三相整流電壓；以三相交流電壓的最大值計算電壓為618 V，為保證器件可靠工作，其電源模塊的額定電流是工作電流的2倍以上。因此，選用三菱公司的IGBT模塊CM100DY-24NF，其額定電流為100 A，耐壓為1 200 V，采用兩單元半橋結構。

控制電路主要由TMS320LF2407A子系統、A／D輸入、調壓、上電保護等電路組成。其中TMS320-LF2407A子系統主要包括時鐘、復位、JTAG仿真接口和供電系統。

4 TMS320LF2407A的軟件設計

TMS320LF2407A DSP作為電源模塊的控制核心，通過改變輸出PWM的占空比實現調壓、均流等功能。主程序在完成系統初始化、A／D初始化、定時器開啟后就處于等待中斷狀態，各功能模塊通過中斷服務程序來實現。

4.1 穩壓功能的軟件設計

傳感器輸出電壓信號，經濾波、采樣后，與給定電壓信號相比較，將其偏差送至PID調節器，改變PWM的占空比，使輸出電壓保持恒定。其中PID調節器采用將模擬PID控制規律離散化并加以改進的增量式PID控制算法，控制簡單、參數易于整定，只需前后3次測量偏差，即可以求出占空比的控制增量。

4.2 均流功能的軟件設計

對于若干個電源模塊并聯的電源系統有多種方法實現均流功能，如輸出阻抗法、主從均流法、自動均流法，民主均流法等。該電源系統模塊采用自動均流法(又稱外加均流控制器法)，這種方法需用一根帶寬較窄的通信線(稱為均流母線)連接各模塊。均流母線電壓與各模塊電流的平均值成正比。本電源系統模塊以TMS320LF2407A同時作為穩壓和均流的控制器，將平均值自動均流法加以改進，通過環流誤差和負載電流的采樣數據計算平均電流并設定均流閾值，每個電源模塊根據各自負載電流和環流的具體數值決定是否參與均流，這樣可以精確實現均流，同時還避免了自動均流法易于出現故障和不穩定問題。圖2所示為均流子程序的流程圖。

5 結束語

除上述設計，為保證電源的可靠高效工作，本模塊化電源系統還設計了浪涌電流抑制電路、廣義軟開關――吸收電路、保護電路，并對主電路和控制電路設計了防電磁干擾。最終研制了系列直流電源四臺。輸入電壓為三相三線交流380 V。輸出電壓為直流28 V，額定容量分別為4 kW、8 kW(均流誤差2％)、16 kW(均流誤差3％)、24 kW(均流誤差5％)。

現以TMS320LF2407A DSP為控制核心，實現了多模塊并聯運行大功率數字化直流開關電源的設計，經試驗測試和實際使用，電源工作穩定，穩壓和均流效果良好，達到了預期的要求。