基于DSP的大功率開關電源設計

(5)保護電路

為保證系統中功率轉換電路及逆變電路能安全可靠工作，TMs320LF2407A提供了PAPINTA反

輸入信號，利用它可以方便的實現逆變系統的各種保護功能，具體實現框圖如圖6所示：

各種故障信號經或門CD4075B綜合后，經光電隔離、反相及電平轉換后輸入到PDPINTA反引腳，有任何故障時，CD4075B輸出高電平，PDPINTA反引腳相應被拉為低電平，此時DSP所有PWM輸出管腳全部呈現高阻狀態，即封鎖PWM輸出。整個過程不需要程序干預，由硬件實現。這對實現各種故障信號的快速處理非常有用。在故障發生后，只有在人為干預消除故障，重啟系統后才能繼續工作。

系統的軟件實現

為了構建DSP控制器軟件框架，使程序易于編寫、查錯、測試、維護、修改、更新和擴充，在軟件設計中采用了模塊化設計，將整個軟件劃分為初始化模塊、ADC信號采集模塊、PID運算處理模塊、PWM波生成模塊、液晶顯示模塊以及按鍵掃描模塊。各模塊問的流程如圖7所示。

圖7 軟件模塊流程圖

1、初始化模塊

系統初始化子程序是系統上電后首先執行的一段代碼，其功能是保證主程序能夠按照預定的方式正確執行。系統的初始化包括所有DSP的基本輸入輸出單元的初始設置、LCD初始化和外擴單元的檢測等。

2、ADC采樣模塊

TMS320LF2407A芯片內部集成了10位精度的帶內置采樣/保持的模數轉換模塊(ADC)。根據系統的技術要求，10位 ADC的精度可以滿足電壓的分辨率、電流的分辨率的控制要求，因此本設計直接利用DSP芯片內部集成的ADC就可滿足控制精度。另外，該10位ADC是高速ADC，最小轉換時間可達到500 ns，也滿足控制對采樣周期要求。

ADC采樣模塊首先對ADC進行初始化，確定ADC通道的級聯方式，采樣時間窗口預定標，轉換時鐘預定標等。然后啟動ADC采樣，定義三個數組依次存放電壓、電流和溫度的采樣結果，對每一個信號采樣8次，經過移位還原后存儲到相應的數組中，共得到3組數據。如果預定的ADC中斷發生，則轉人中斷服務程序，對采樣的數據進行分析、處理和傳輸。以電壓采樣為例，其具體的流程圖如圖8所示。

圖8 電壓采樣程序流程圖

3、PID運算模塊

本系統借助DSP強大的運算功能，通過編程實現了軟件PID調節。由于本系統軟件中采用的是增量式PID算法，因此需要得到控制量的增量△un ，式(3)為增量式PID算法的離散化形式：

開關電源在進入穩態后，偏差是很小的。如果偏差e在一個很小的范圍內波動，控制器對這樣微小的偏差計算后，將會輸出一個微小的控制量，使輸出的控制值在一個很小的范圍內，不斷改變自己的方向，頻繁動作，發生振蕩，這既影響輸出控制器，也對負載不利。

ADC采樣模塊首先對ADC進行初始化，確定ADC通道的級聯方式，采樣時間窗口預定標，轉換時鐘預定標等。然后啟動ADC采樣，定義三個數組依次存放電壓、電流和溫度的采樣結果，對每一個信號采樣8次，經過移位還原后存儲到相應的數組中，共得到3組數據。如果預定的ADC中斷發生，則轉人中斷服務程序，對采樣的數據進行分析、處理和傳輸。以電壓采樣為例，其具體的流程圖如圖8所示。

圖8 電壓采樣程序流程圖

3、PID運算模塊

本系統借助DSP強大的運算功能，通過編程實現了軟件PID調節。由于本系統軟件中采用的是增量式PID算法，因此需要得到控制量的增量△un ，式(3)為增量式PID算法的離散化形式：

開關電源在進入穩態后，偏差是很小的。如果偏差e在一個很小的范圍內波動，控制器對這樣微小的偏差計算后，將會輸出一個微小的控制量，使輸出的控制值在一個很小的范圍內，不斷改變自己的方向，頻繁動作，發生振蕩，這既影響輸出控制器，也對負載不利。

為了避免控制動作過于頻繁，消除由于頻繁動作所引起的系統振蕩，在PID算法的設計中設定了一個輸出允許帶eo。當采集到的偏差|en|≤eo時，不改變控制量，使充電過程能夠穩定地進行;只有當|en| >eo 時才對輸出控制量進行調節。PID控制模塊的程序流程如圖9所示：