基于DSP的大功率开关电源的设计方案

2019-08-02 19:47发布

 0 引 言
  信息时代离不开电子设备,随着电子技术的高速发展,电子设备的种类与日俱增,与人们的工作、生活的关系也日益密切。任何电子设备又都离不开可靠的供电电源,它们对电源供电质量的要求也越来越高。
  目前,开关电源以具有小型、轻量和高效的特点而被广泛应用于电子设备中,是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源。与之相应,在微电子技术发展的带动下,DSP芯片的发展日新月异,因此基于DSP芯片的开关电源拥有着广阔的前景,也是开关电源今后的发展趋势。
  1 电源的总体方案
  本文所设计的开关电源的基本组成原理框图如图1所示,主要由功率主电路、DSP控制回路以及其它辅助电路组成。
  开关电源的主要优点在“高频”上。通常滤波电感、电容和变压器在电源装置的体积和重量中占很大比例。从“电路”和“电机学”的有关知识可知,提高开关频率可以减小滤波器的参数,并使变压器小型化,从而有效地降低电源装置的体积和重量。以带有铁芯的变压器为例,分析如下:

图1 系统组成框图
  设铁芯中的磁通按正弦规律变化,即φ= φMsinωt,则:

  式中,EM= ωWφ M="2"πfWφM,在正弦情况下,EM=√2E,φM=BMS,故:

  式中,f为铁芯电路的电源频率;W 为铁芯电路线圈匝数;BM为铁芯的磁感应强度;S为铁芯线圈截面积。
  从公式可以看出电源频率越高,铁芯截面积可以设计得越小,如果能把频率从50 Hz提高到50 kHz,即提高了一千倍,则变压器所需截面积可以缩小一千倍,这样可以大大减小电源的体积。
  综合电源的体积、开关损耗以及系统抗干扰能力等多方面因素的考虑,本开关电源的开关频率设定为30 kHZ。
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19条回答
biechedan
2019-08-03 08:53
 在本电源的设计中,采用IGBT来作为功率开关器件。它既具有MOSFET的通断速度快、输入阻抗高、驱动电路简单及驱动功率小等优点,又具有GTR的容量大和阻断电压高的优点。

  在IGBT的集射极间并接RC吸收网络,降低开关应力,减小IGBT关断产生的尖峰电压;并联二极管DQ实现续流的作用。二次整流采用全波整流电路,通过后续的LC滤波电路,消除高频纹波,减小输出直流电压的低频振荡。LC滤波电路中的电容由多个高耐压、大容量的电容并联组成,以提高电源的可靠性,使输出直流电压更加平稳。

  2.2 控制电路

  控制电路部分实际上是一个实时检测和控制系统,包括对开关电源输出端电压、电流和IGBT温度的检测,对收集信息的分析和运算处理,对电源工作参数的设置和显示等。其控制过程主要是通过采集开关电源的相关参数,送入DSP芯片进行预定的分析和计算,得出相应的控制数据,通过改变输出PWM波的占空比,送到逆变桥开关器件的控制端,从而控制输出电压和电流。

  控制电路主要包括DSP控制器最小系统、驱动电路、辅助电源电路、采样电路和保护电路。

  (1)DSP控制器最小系统

  DSP控制器是其中控制电路的核心采用TMS32OLF2407A DSP芯片,它是美国TEXAS INSTU—MENTS(TI)公司的最新成员。TMS30LF2407A基于C2xLP内核,和以前C2xx系列成员相比,该芯片具有处理性能更好(30MIPS)、外设集成度更高、程序存储器更大、A/D转换速度更快等特点,是电机数字化控制的升级产品,特别适用于电机以及逆变器的控制。DSP控制器最小系统包括时钟电路、复位电路以及键盘显示电路。时钟电路通过15 MHz的外接晶振提供;复位电路直接通过开关按键复位;由4×4的矩阵式键盘和SPRT12864M LCD构成了电源系统的人机交换界面。

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