基于DSP的高壓電源的設計原理分析

圖3為DSP控制電路示意圖。A/D轉換模塊采用AD652芯片將由分壓器采集的電壓信號轉換成頻率信號，通過光纖傳給DSP進行計算。DSP通過計脈沖個數的方式計算采集電壓值，對采集的電壓進行簡單數字濾波處理，防止引入干擾。然后以此電壓為依據用數字PI控制策略計算前后橋臂的相位差，通過PWM輸出控制信號，同時將采集的電壓通過顯示器顯示。電源的運行狀況和輸出電壓通過鍵盤來控制。送至逆變環節和Buck電路的驅動信號必須經過驅動保護電路，其目的是一方面將5路驅動信號隔離并濾波放大，另一方面當逆變環節和Buck電路產生過流短路或溫度過高等故障時，能夠及時產生可靠的故障信號，通知DSP停止發送驅動脈沖。

　　為了使控制電路盡量避免受高電壓功率部分的影響，要求控制電路與驅動電路隔離。這里采用高速光耦TLP250作為隔離。圖4為1路開關管的驅動電路，其他4路類似。

　　反饋回路中對輸出電壓信號的取樣，采用在輸出端并聯電阻，再通過電阻串聯衰減的方法實現電壓經隔離反饋至DSP，通過DSP程序控制輸出PWM波的占空比，進而調節輸出電壓，達到穩壓的目的。

　　過流保護采用電流互感器作為電流檢測元件，其具有足夠快的響應速度，能夠在開關管允許的過流時間內將其關斷，起到保護作用。過流保護信號經分壓、濾波后加至電壓比較器的同相輸入端，如圖5所示。當同相輸入端過流檢測信號比反相輸入端參考電平高時，比較器輸出高電平，使VD2從原來的反向偏置狀態轉變為正向導通，并將同相端電位提升為高電平，使電壓比較器一直穩定輸出高電平。同時，該過流信號還送到DSP內，通過程序中斷來控制PWM輸出，起到保護作用。

　　4 軟件設計

　　該設計由DSP進行控制，DSP產生的5路PWM波，1路用于前級Buck電路調壓，另外4路用于高頻逆變。采樣反饋電路將每級輸出反饋回DSP，通過與設定電壓比較來控制PWM輸出的變化。該設計程序流程圖如圖6所示。

　　5 實驗結果與分析

　　電源供電輸入為220 V二相交流電，整流后母線電壓約為300 V，功率管為2MBI100N-060型IGBT，最大耐壓600 V，最大電流100A。濾波電感約為1 mH，電容為560μF/1 kV，后級高壓側諧振電感L=300μH，諧振電容C≈1μF，工作頻率約為19 kHz，最大諧振電流30 A。經取樣電阻取樣后得到圖7所示結果。

　　6 結論

　　該設計提出了一種設計高壓電源的新思路，并且進行了大量實驗。實驗結果表明，用Buck電路做前級調壓，用DSP對5個開關管進行控制是可行的，并且實驗效果比用SG3525要好很多，而且該系統的體積大大減小，電路結構簡單清晰，調壓響應平穩、快速;輸出電壓穩定度高，紋波系數小，電路抗干擾能力強;完全能滿足X射線管的要求，而且有望實現高壓電源的嵌入式應用。