现在,开关电源以具有小型、轻量和高效的特色而被广泛应用于以电子核算机为主异的各种终端设备和通讯设备中,是当今电子信息产业飞速开展不行短少的一种电源办法.与之相应,在微电子技术开展的带动下,DSP芯片的开展一日千里,功用日益强壮,性价比不断上升,开发手法不断改进,其处理速度比CPU快10～15倍,因而依据DSP芯片的开关电源能够说是天作之保,拥有着宽广的远景,可用于选进的机载电源中,也是开关电源往后的开展趋势.
1 PWM型开关电源原理
PWM型开关电源的结构框图如图1所示.
市电信号经过输入滤波和整流滤波后完结AC/DC转化,将电网交流电直接整流为较滑润的直流电,以供下一级改换;再经过逆变器后完结DC/AC转化,将整流后的直流电变为交流电,这是PWM型开关电源完结PWM操控的中心部分,其频率越高,体积、分量与输出功率之比越小.最终在经过输出整流与滤波,依据负载需求,供给安稳牢靠的直流电源.
2 PWM操控原理
开关电源操控原理图如图2所示.图中,开关K以必定的时刻距离重复地接通和断开,在开关K接通时,输入电源E可经过开关K和滤波电路供给给负载RL为负载供给能量;为使负载能得到接连的能量,开关稳压电源有必要要有一套储能设备,在开关接通时将一部分才能贮存起来,在开关断开时,向负载开释[4].图2中,由电感L、电容C2用以贮存能量,在开关断开时,贮存在电感L和C2中的能量经过二极管D开释给负载,使负载得到接连而安稳的能量.因二极管D使负载电流接连不断,所以称为续流二极管.AB间的电压平均值EAB可表示为:
EAB=TON|Tmes;E (1)
式中,TON为开关每次接通的时刻,T为开关通断的作业周期(即开关拉通时刻TON和关断时刻TOFF之和).由
式(1)可知,开关接通时刻和作业周期的份额改动,AB间电压的平均值也随之改动,因而,跟着负载及输入电源电压的改动主动调整TON和T的份额,便能使输出电压V0保持不变.改动接通时刻TON和作业周期份额亦即改动脉冲的占空比,这种办法为“时刻比率操控”(me Rao Control,缩写为TRC)[1].这儿依照TRC原理挑选了开关周期T安稳,经过改动脉冲宽度TON来改动占空比,这种办法称为脉宽调制办法(PWM),用来完结对电压幅值频率的操控.
3 DSP芯片TMS320LF2407简介
TMS320系列DSP的体系结构是专为实时信号处理而规划的,该系列DSP集实时处理才能和操控外设功用于一身,为完结操控体系供给了抱负的解决方案.
TMS320LF2407在TMS320 系列的根底上有以下特色[2]:
(a) 高功能10位模/数转化器(ADC)的转化时刻为500ns,供给多达16路的模仿输入.
(b) 依据TMS320C2xx第洌的CPU核确保了其与TMS320系列DSP的代码兼容.
(c) 具有两个事情管理器模块EVA和EVB,每个均可供给两个16位通用定时器和八个16位的PWM通道.
(d) 高达24K的FLASH程序存储器.
(e) 可扩展外部存储器.
(f) 五个外部中止(两个驱动维护、复位和两上可屏蔽中止).
4 使用TMS320LF2407完结SPWM
4.1 SPWM操控的根本原理
所谓SPWM即PWM中脉冲宽度按正弦规矩改动.由采样理论:冲量持平而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上,其作用根本相同可知,为了在输出端得到正弦波,就需求输出一系列幅值持平而宽度不等的矩形波.选用三角载波的规矩采样法,就能够得到宽度按正弦规矩改动的矩形波.如图3所示,每个脉冲的中点都以相应的三角波的中点对称,在三角载波的负峰时刻TD对正弦波采样得到D点,过D点作一水平直线和三角波别离交于A点和B点,在A点时刻tA和B点时刻tB操控功率器材的通断.可见AB长度即为脉冲宽度,由图可得如下关系式:
AB=Tc(1+sinωctD)/2 (2)
依据这一关系式可知,假如一个周期内有N个矩形波,则第I个矩形波的占空比为:
4.2 使用TMS320LF2407完结SPWM操控
这儿以EVB中的通用定时器3及与之相关的比较单元为例来阐明完结SPWM操控的进程.
TMS320LF2407中EVB的定时器3个有三个与之相关的比较单元:比较单元4、5、6,每个比较单元都有一个相应的比较寄存器:CMPR4、CMPR5和CMPR6.每个比较单元都可独自设置成比较形式和PWM形式,设置为PWM形式时,每个比较单元有两个极性相反的PWM输出.因而使用TMS320LF2407可完结对三相桥式逆变电路的SPWM操控.在周期寄存器T3PR的值必定的情况下,经过改动比较寄存器的值就能够改动输出矩形脉冲的宽度[3].
依据式(3)所得的占空比表达式,再使用通用定时器比较单元的PWM特性,就能够很容易地完结SPWM.首要介绍一下发生PWM的寄存器设置,其进程如下:
(1) 装载比较办法操控寄存器ACTRB.
(2) 假如使能死区,则设置和装载死区时刻操控寄存器DBTCONB(如使能则可防止上下桥臂一起输出触发脉冲.)
(3) 设备和装载定时器3周期寄存器,即规则PWM波形周期.
(4) 初始化EVB的比较寄存器CMPR4、CMPR5、CMPR6.
(5) 设置和装载定时器3的操控寄存器T3CON.
(6) 更新比较寄存器的值,使输出的PWM波形占空比发生改动.
详细的程序规划办法如下:
(1) 体系初始化后依据载波频率和信号频率核算出每个周期需求输出的矩形波个数,然后确认定时器的周期,以设置频率参数及脉冲个数.
(2) 依据式(3)核算出每个矩形脉冲的占空比,用占空比乘以周期寄存器的值,然后核算出比较寄存器的值.该进程作为核算子程序,并使脉冲指针个数I加1.
(3) 在周期中止子程序中将核算所得出的比较寄存器的值送到比较寄存器,当到达一次载波周期时置相应的标志位.
(4) 主程序依据标志位来判别是否已完结一个周期的操作.假如标志位TC上已置1,则清标志位,调核算占空比子程序,然后进入等候状况;假如标志位上未置1,则直接进入等候状况.其主程序流程图如图4所示.
尽管使用单片机也能完结SPWM,但运用DSP强壮的数据处理才能及其速度优热能够进步电源操控体系的精度和实时性,满意逆变电源更高的要求,为电源操控体系的全数字化供给必要的软硬件根底.其与单机的功能比较见表1.
5 仿真成果
在软件规划的根底上结合硬件,得到了在eclectonics workbench环境下经正弦调调制而未整流滤波的仿真成果,如图5、6、7所示.
由图5、图6比较能够看到,输出电压频率为40Hz,负载别离在10Ωt和10kΩ时输出的波形为很好的正弦波,频率符合要求,可见负载的改动对输出结构影响不大;由图5图7能够看到,当负载为10Ω时,输出电压频率别离在40Hz和400Hz时的输出波形改动不大,可见频率改动对输出波形影响也不大.
由仿真成果能够看到依据DSP芯片的PWM型开关电源体系具有安稳快、失真小、负载对体系影响小等特色,并且频率可在软件部分调整,这为其应用于对精度要求高的顶级电子设备供给了保证.
