目前,開關(guān)電源以具有小型、輕量和高效的特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于以電子計(jì)算機(jī)為主異的各種終端設(shè)備和通信設(shè)備中,是當(dāng)今電子信息產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展不可缺少的一種電源方式.與之相應(yīng),在微電子技術(shù)發(fā)展的帶動(dòng)下,DSP芯片的發(fā)展日新月異,功能日益強(qiáng)大,性價(jià)比不斷上升,開發(fā)手段不斷改進(jìn),其處理速度比CPU快10~15倍,因此基于DSP芯片的開關(guān)電源可以說是天作之保,擁有著廣闊的前景,可用于選進(jìn)的機(jī)載電源中,也是開關(guān)電源今后的發(fā)展趨勢.
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1 PWM型開關(guān)電源原理
PWM型開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示.
市電信號經(jīng)過輸入濾波和整流濾波后實(shí)現(xiàn)AC/DC轉(zhuǎn)換,將電網(wǎng)交流電直接整流為較平滑的直流電,以供下一級變換;再經(jīng)過逆變器后實(shí)現(xiàn)DC/AC轉(zhuǎn)換,將整流后的直流電變?yōu)榻涣麟?這是PWM型開關(guān)電源實(shí)現(xiàn)PWM控制的核心部分,其頻率越高,體積、重量與輸出功率之比越小.最后在通過輸出整流與濾波,根據(jù)負(fù)載需要,提供穩(wěn)定可靠的直流電源.
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2 PWM控制原理
開關(guān)電源控制原理圖如圖2所示.圖中,開關(guān)K以一定的時(shí)間間隔重復(fù)地接通和斷開,在開關(guān)K接通時(shí),輸入電源E可通過開關(guān)K和濾波電路提供給負(fù)載RL為負(fù)載提供能量;為使負(fù)載能得到連續(xù)的能量,開關(guān)穩(wěn)壓電源必須要有一套儲(chǔ)能裝置,在開關(guān)接通時(shí)將一部分能力儲(chǔ)存起來,在開關(guān)斷開時(shí),向負(fù)載釋放[4].圖2中,由電感L、電容C2用以儲(chǔ)存能量,在開關(guān)斷開時(shí),儲(chǔ)存在電感L和C2中的能量通過二極管D釋放給負(fù)載,使負(fù)載得到連續(xù)而穩(wěn)定的能量.因二極管D使負(fù)載電流連續(xù)不斷,所以稱為續(xù)流二極管.AB間的電壓平均值EAB可表示為:
EAB=TON|T×E (1)
式中,TON為開關(guān)每次接通的時(shí)間,T為開關(guān)通斷的工作周期(即開關(guān)拉通時(shí)間TON和關(guān)斷時(shí)間TOFF之和).由
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式(1)可知,開關(guān)接通時(shí)間和工作周期的比例改變,AB間電壓的平均值也隨之改變,因此,隨著負(fù)載及輸入電源電壓的變化自動(dòng)調(diào)整TON和T的比例,便能使輸出電壓V0維持不變.改變接通時(shí)間TON和工作周期比例亦即改變脈沖的占空比,這種方法為“時(shí)間比率控制”(Time Ratio Control,縮寫為TRC)[1].這里按照TRC原理選擇了開關(guān)周期T恒定,通過改變脈沖寬度TON來改變占空比,這種方式稱為脈寬調(diào)制方式(PWM),用來實(shí)現(xiàn)對電壓幅值頻率的控制.
3 DSP芯片TMS320LF2407簡介
TMS320系列DSP的體系結(jié)構(gòu)是專為實(shí)時(shí)信號處理而設(shè)計(jì)的,該系列DSP集實(shí)時(shí)處理能力和控制外設(shè)功能于一身,為實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)提供了理想的解決方案.
TMS320LF2407在TMS320 系列的基礎(chǔ)上有以下特點(diǎn)[2]:
(a) 高性能10位模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)的轉(zhuǎn)換時(shí)間為500ns,提供多達(dá)16路的模擬輸入.
(b) 基于TMS320C2xx第洌的CPU核保證了其與TMS320系列DSP的代碼兼容.
(c) 具有兩個(gè)事件管理器模塊EVA和EVB,每個(gè)均可提供兩個(gè)16位通用定時(shí)器和八個(gè)16位的PWM通道.
(d) 高達(dá)24K的FLASH程序存儲(chǔ)器.
(e) 可擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器.
(f) 五個(gè)外部中斷(兩個(gè)驅(qū)動(dòng)保護(hù)、復(fù)位和兩上可屏蔽中斷).
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4 利用TMS320LF2407實(shí)現(xiàn)SPWM
4.1 SPWM控制的基本原理
所謂SPWM即PWM中脈沖寬度按正弦規(guī)律變化.由采樣理論:沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上,其效果基本相同可知,為了在輸出端得到正弦波,就需要輸出一系列幅值相等而寬度不等的矩形波.采用三角載波的規(guī)則采樣法,就可以得到寬度按正弦規(guī)律變化的矩形波.如圖3所示,每個(gè)脈沖的中點(diǎn)都以相應(yīng)的三角波的中點(diǎn)對稱,在三角載波的負(fù)峰時(shí)刻TD對正弦波采樣得到D點(diǎn),過D點(diǎn)作一水平直線和三角波分別交于A點(diǎn)和B點(diǎn),在A點(diǎn)時(shí)刻tA和B點(diǎn)時(shí)刻tB控制功率器件的通斷.可見AB長度即為脈沖寬度,由圖可得如下關(guān)系式:
AB=Tc(1+sinωctD)/2 (2)
根據(jù)這一關(guān)系式可知,如果一個(gè)周期內(nèi)有N個(gè)矩形波,則第I個(gè)矩形波的占空比為:
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4.2 利用TMS320LF2407實(shí)現(xiàn)SPWM控制
這里以EVB中的通用定時(shí)器3及與之相關(guān)的比較單元為例來說明實(shí)現(xiàn)SPWM控制的過程.
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