一种基于DSP控制的数控高压电源的设计

1、第 48卷 第 1期 电讯技术Vol . 48 No . 12008年 1月Teleco mmunicati on Engineering Jan . 2008文章编号 :1001-893X (2008 01-0106-03一种基于 D SP 控制的数控高压电源的设计3王 斌 , 李 晋(西南电子设备研究所 , 成都 610036摘 要 :介绍了一种应用 DSP 控制实现行波管高压电源的设计 。通过应用 T MS320F2812实现移相软开关技术和功率因素校正 (PFC 技术 , 降低了电源的开关损耗和整体尺寸 。分析了控制原理 , 并 且说明了基于 DSP 的移相控制方法 。关键词 :行波管

2、 ; 数字控制高压电源 ; 移相软开关 ; 功率因素校正 ; DSP 中图分类号 :T N86 文献标识码 :ADesi gn of B ased on DSP ControlWAN G B in, L I J in(Southwest China I nstitute of Electr onic Equi pment, Chengdu 610036, China Abstract:A design method t o realize the high voltage power supp ly app lied t o the travelling wave tube (T W T ba

3、sed on DSP (D igital Signal Pr ocess or contr ol is intr oduced . By app lying phase -shifted full -bridge and s oft s witch technol ogy and PFC (Power Fact or Correcti on technol ogy, the s witch l oss and the whole size of the power supp ly are reduced . The contr ol theory and phase -shifted cont

4、r ol method are als o analysed .Key words:travelling wave tube (T W T ; nu merical contr ol (NC high voltage power supp ly; phase -shif 2ted s oft s witch; PFC; DSP1 引 言行波管 (T W T 高压电源是卫星通信 、 雷达发射 机的重要组成部分 , 电源的指标 、 可靠性 、 工作状态 直接关系到通信的灵敏度和质量 。 由于行波管高压 电源具有功率密度高 、 输出电压高等特点 , 容易出现 打火等现象 。 因此 , 系统对高压电源

5、的实时监控显 得异常重要 。 传统上行波管高压电源控制 、 逻辑处 理和信息采集通过分立电路和模拟电路 , 对批量生 产和调试带来很多麻烦 。随着大功率开关电源的发展 , 对控制器的要求 越来越高 , 开关电源的数字化和智能化也将成为未来的发展方向 。 目前 , 我国的大功率开关电源采用传统的模拟控制方式 , 电路复杂 , 可靠性差 。因此 , 采用集成度高 、 集成功能强大的数字控制来设计开 关电源控制器 , 可以适应不断提高的开关电源的输 出可编程控制 、 数据通信 、 智能化控制等要求 。随着数字信号处理技术的成熟和普及 , 新一代 数字信号处理器 (DSP 加速了控制器的全数字化进 程

6、 。 本文介绍了一种基于 DSP 的移相全桥谐振软 开关数字控制器 , 应用于开关电源的数字化 、 智能化 控制 , 具有功率器件驱动 、 保护 、 外部通信 (RS232 和外部设备控制功能 , 实现了可编程控制 、 数据通 信 、 智能化控制等功能 , 具有很好的应用前景 。601 3收稿日期 :2007-08-07; 修回日期 :2007-12-20第 48卷 第 1期 电讯技术Vol . 48 No . 12008年 1月Teleco mmunicati on Engineering Jan . 20082 T M S320F2812芯片介绍本文所设计的高压电源控制部分采用 TI 公司

7、 的 T MS320F2812芯片 , 是目前为止用于数字控制领 域性能最好的 DSP 芯片 。与 MCU 硬件结构相比 , 其结构特点如下 :(1 多总线 :片内多条数据 、 地址和控制总线 ;(2 流水线执行 :多个控制和运算部件并行工作 ; (3 硬件乘法器 ;(4 特殊指令 :MAC、 RPTS 、 RPT B;(5 特殊寻址方式 :位倒序寻址 、 循环寻址 ; (6 特殊片上外设 :软件插入等待电路 (便于与慢速设备接口 、 数字锁相电路 P LL (有利系统稳 定 ; (7 F 等 ;(8 :、 异步串口 、 同步串口 、 DAM 控制器 、 HP I 接口 、 A /D和通用 I

8、/O口 等 。3 数控电源的硬件组成数控高压电源的硬件组成框图如图 1所示 。其 工作原理如下 :交流 200V 进来经由 PFC 环节变换 成直流母线电压 , 然后经过高压变压器输出高压交 流信号 , 最后经整流滤波产生行波管所需的各个极 电压 。 高压取样电路将高压信号取回 , 送到 PFC 中 进行闭环控制 , 通过调节直流母线电压来调节高压 的输出值 。控制芯片 T MS320F2812产生全桥变换 所需的功率器件的驱动信号。 图 1 硬件组成方框图4 基于 D S P 的数字控制器的实现由图 1可知 , 电源系统的全桥移相控制部分 、 逻 辑控制以及系统接口控制部分都由 T MS32

9、0F2812芯片完成 , 提高了系统的可靠性和稳定性 , 有利于系 统小型化 、 模块化 。下面对它们的实现逐一进行说 明 。4. 1 移相控制的 D S P 实现本文使用比较器 1和比较器 2两个全比较单 元 , 分别驱动 2个桥臂的 4个开关管 。定时器 GPl 的计数值 、 SP WM 脉冲的相位图 2 比较器单元产生移相信号 令 GP1工作于连续加 /减计数模式 , 自动反复 循环 。 当计数值达到 0或者设定值时 , 分别产生下 溢中断和匹配中断 。 GP1的工作周期设为一个开关周期 (即 20s 。当 GPl 由 0递增至 A 点 , 计数器 值与 COMR1的 比 较 值 相 等

10、 (即 发 生 匹 配 , 则 COMR1输出电平发生跳变 (S4的驱动由 0变 1, S3的驱动则由 1变 0 。 当 GPl 由 A 点递增至 B 点 , 计 数器值与 C MR2的比较值发生匹配 , 则 COMR2输 出电平发生跳变 , S2的驱动由 0变 1(S1的驱动则 由 1变 0 。 当 GPl 计数器值递增至其设定值后 , 开 始递减计数 , 递减至 C 、 D 点时 , 过程类似 。 本文对正弦波的采样应用直接采样法 (等效面 积法 。 脉宽 t onk 由公式 (1 得出 :t onk (cos T k -cos T k +1cos k 2f c -co s (k +2f

11、csin(2k +1 4f c sin4f c(1其中 , t onk 为第 k 个方波的脉宽宽度 ; M 为调制率 , 设置为 0. 50. 9; 为工频角频率 ; f c 为三角波频率 ,701第 48卷 第 1期 电讯技术 Vol . 48 No . 1 2008年 1月 Teleco mmunicati on Engineering Jan . 2008 设为 50kHz, 由于 DSP 主频为 150MHz, 则 GP1定时器的周期寄存器设置为 1500。每一个三角波周期产生 2个输出脉冲 。 由公式 (2 , 将 tonk折算到比较器的整数值 :T onk =1500 10

12、5;10-6-t onk 20×10-6=750-7. 5×107t onk (2 式中 , Tonk为第 k 个脉冲时比较器的值 。4. 2 系统逻辑控制高压电源的运行过程中 , 可能会出现异常状态 , 如全桥变换过程中可能会出现上下桥臂直通 , 使得 原边母线短路 , 这就需要我们及时关断 P WM 的输 出 , 保护功率器件 。 另外 , 系统的过压 、 缺相 、 过流等 保护 , 经由 DSP 逻辑处理后及时关断 P WM , 系统能够安全可靠地运行4. 3 系统外部接口通信接口 , 可以方便地实现人机通信 。RS232通信接口利用 T MS320F2812芯片包含

13、 的串行通信接口 SC I 模块 , 它支持 CP U 与其它使 用标准格式的异步外设之间的数字通信 。 SC I 接收 器和发送器是双缓冲的 , 每一个都有它自己单独的 使能位和中断标志位 。两者都可以独立工作 , 或者 在全双工的方式下同时工作 。本文的设计中 , CP U 的 SC I 模块引脚 SC I RX 和 SC I T X 通过光耦隔离后 和 RS2串 口 驱 动 芯 片 MAX202EESE 相 连 接 , MAX202EESE 的输出采用 3线传送方式 , 信号通过 高速光耦隔离后与外部设备连接 。 5 电源主要技术指标电源的主要技术指标如表 1所示 。表 1 高压电源主要技术指标灯丝 螺旋线 控制极 收集极 电压 /V6. 5360035002500电流 /A1. 50. 0040. 0010. 48电压稳定度 <0. 5%<0. 1%<0. 1%<0. 3%负载稳定度 0. 5%0. 1%0. 1%0. 3%6 结 论、 控制方 , 便于实现数字化管理 , 因此 , 具有 。参考文献 :1 张占松 , 蔡宣三 . 开关电源的原理与设计 M.北京 :电子工业出版社 , 1999.2 刘胜利 . 现代高频开关电源实用技术 M.北京 :电子 工业出版社 , 2001.3 苏奎峰 , 吕