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 16:31
 由于TMS320LF2407A的驱动功率较小,不能胜任驱动开关管稳定工作的要求,因此需要加上驱动放大电路,以增大驱动电流功率,提高电源系统的可靠性。如图4所示,采用两片TCA422组成驱动放大电路。

  TC4421/4422是Microchip公司生产的9A高速MOsFET/IGBT驱动器,其中TC4421是反向输出,TC4422是同向输出,输出级均为图腾柱结构。

  TC4421/4422具有以下特点:

  ①输出峰值电流大:9 A;

  ② 电源范围宽:4.5 V~18 V;

  ③连续输出电流大:最大2 A;

  ④快速的上升时间和下降时间:30 ns(负载4700pF),180 ns(负载47000 pF);

  ⑤传输延迟时间短:30 ns(典型);

  ⑥供电电流小:逻辑“1”输入~200μA(典型),逻辑“0”输入~55 μA(典型);

  ⑦输出阻抗低:1.4 Ω(典型);

  ⑧闭锁保护:可承受1.5 A的输出反向电流;

  ⑨输入端可承受高达5 V的反向电压;

  ⑩能够由TTL或CMOS电平(3 V~18 V)直接驱动,并且输人端采用有300 mV滞回的施密特触发电路。

  当TMS320LF2407A输出的PWM1为高电平,PWM2为低电平时,经过TCA422驱动放大后输出,在脉冲变压器一次侧所流过的电流从PWMA流向PWMB,如图4中箭头所示,电压方向为上正下负。

  根据变压器的同名端和接线方式,则开关管Q1的栅极电压为正,Q2的栅极电压为负。因此,此时是驱动QM1导通。反之若是PWM1为高电平,PWM2为低电平时,则是驱动Q2导通。四只二极管DQ1 ~DQ2的作用是消除反电动势对TCA422的影响。

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