基于DSP的大功率開關(guān)電源設(shè)計(jì)

(5)保護(hù)電路

為保證系統(tǒng)中功率轉(zhuǎn)換電路及逆變電路能安全可靠工作，TMs320LF2407A提供了PAPINTA反

輸入信號(hào)，利用它可以方便的實(shí)現(xiàn)逆變系統(tǒng)的各種保護(hù)功能，具體實(shí)現(xiàn)框圖如圖6所示：

各種故障信號(hào)經(jīng)或門CD4075B綜合后，經(jīng)光電隔離、反相及電平轉(zhuǎn)換后輸入到PDPINTA反引腳，有任何故障時(shí)，CD4075B輸出高電平，PDPINTA反引腳相應(yīng)被拉為低電平，此時(shí)DSP所有PWM輸出管腳全部呈現(xiàn)高阻狀態(tài)，即封鎖PWM輸出。整個(gè)過程不需要程序干預(yù)，由硬件實(shí)現(xiàn)。這對實(shí)現(xiàn)各種故障信號(hào)的快速處理非常有用。在故障發(fā)生后，只有在人為干預(yù)消除故障，重啟系統(tǒng)后才能繼續(xù)工作。

系統(tǒng)的軟件實(shí)現(xiàn)

為了構(gòu)建DSP控制器軟件框架，使程序易于編寫、查錯(cuò)、測試、維護(hù)、修改、更新和擴(kuò)充，在軟件設(shè)計(jì)中采用了模塊化設(shè)計(jì)，將整個(gè)軟件劃分為初始化模塊、ADC信號(hào)采集模塊、PID運(yùn)算處理模塊、PWM波生成模塊、液晶顯示模塊以及按鍵掃描模塊。各模塊問的流程如圖7所示。

圖7 軟件模塊流程圖

1、初始化模塊

系統(tǒng)初始化子程序是系統(tǒng)上電后首先執(zhí)行的一段代碼，其功能是保證主程序能夠按照預(yù)定的方式正確執(zhí)行。系統(tǒng)的初始化包括所有DSP的基本輸入輸出單元的初始設(shè)置、LCD初始化和外擴(kuò)單元的檢測等。

2、ADC采樣模塊

TMS320LF2407A芯片內(nèi)部集成了10位精度的帶內(nèi)置采樣/保持的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊(ADC)。根據(jù)系統(tǒng)的技術(shù)要求，10位 ADC的精度可以滿足電壓的分辨率、電流的分辨率的控制要求，因此本設(shè)計(jì)直接利用DSP芯片內(nèi)部集成的ADC就可滿足控制精度。另外，該10位ADC是高速ADC，最小轉(zhuǎn)換時(shí)間可達(dá)到500 ns，也滿足控制對采樣周期要求。

ADC采樣模塊首先對ADC進(jìn)行初始化，確定ADC通道的級聯(lián)方式，采樣時(shí)間窗口預(yù)定標(biāo)，轉(zhuǎn)換時(shí)鐘預(yù)定標(biāo)等。然后啟動(dòng)ADC采樣，定義三個(gè)數(shù)組依次存放電壓、電流和溫度的采樣結(jié)果，對每一個(gè)信號(hào)采樣8次，經(jīng)過移位還原后存儲(chǔ)到相應(yīng)的數(shù)組中，共得到3組數(shù)據(jù)。如果預(yù)定的ADC中斷發(fā)生，則轉(zhuǎn)人中斷服務(wù)程序，對采樣的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理和傳輸。以電壓采樣為例，其具體的流程圖如圖8所示。

圖8 電壓采樣程序流程圖

3、PID運(yùn)算模塊

本系統(tǒng)借助DSP強(qiáng)大的運(yùn)算功能，通過編程實(shí)現(xiàn)了軟件PID調(diào)節(jié)。由于本系統(tǒng)軟件中采用的是增量式PID算法，因此需要得到控制量的增量△un ，式(3)為增量式PID算法的離散化形式：

開關(guān)電源在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后，偏差是很小的。如果偏差e在一個(gè)很小的范圍內(nèi)波動(dòng)，控制器對這樣微小的偏差計(jì)算后，將會(huì)輸出一個(gè)微小的控制量，使輸出的控制值在一個(gè)很小的范圍內(nèi)，不斷改變自己的方向，頻繁動(dòng)作，發(fā)生振蕩，這既影響輸出控制器，也對負(fù)載不利。

ADC采樣模塊首先對ADC進(jìn)行初始化，確定ADC通道的級聯(lián)方式，采樣時(shí)間窗口預(yù)定標(biāo)，轉(zhuǎn)換時(shí)鐘預(yù)定標(biāo)等。然后啟動(dòng)ADC采樣，定義三個(gè)數(shù)組依次存放電壓、電流和溫度的采樣結(jié)果，對每一個(gè)信號(hào)采樣8次，經(jīng)過移位還原后存儲(chǔ)到相應(yīng)的數(shù)組中，共得到3組數(shù)據(jù)。如果預(yù)定的ADC中斷發(fā)生，則轉(zhuǎn)人中斷服務(wù)程序，對采樣的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理和傳輸。以電壓采樣為例，其具體的流程圖如圖8所示。

圖8 電壓采樣程序流程圖

3、PID運(yùn)算模塊

本系統(tǒng)借助DSP強(qiáng)大的運(yùn)算功能，通過編程實(shí)現(xiàn)了軟件PID調(diào)節(jié)。由于本系統(tǒng)軟件中采用的是增量式PID算法，因此需要得到控制量的增量△un ，式(3)為增量式PID算法的離散化形式：

開關(guān)電源在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后，偏差是很小的。如果偏差e在一個(gè)很小的范圍內(nèi)波動(dòng)，控制器對這樣微小的偏差計(jì)算后，將會(huì)輸出一個(gè)微小的控制量，使輸出的控制值在一個(gè)很小的范圍內(nèi)，不斷改變自己的方向，頻繁動(dòng)作，發(fā)生振蕩，這既影響輸出控制器，也對負(fù)載不利。

為了避免控制動(dòng)作過于頻繁，消除由于頻繁動(dòng)作所引起的系統(tǒng)振蕩，在PID算法的設(shè)計(jì)中設(shè)定了一個(gè)輸出允許帶eo。當(dāng)采集到的偏差|en|≤eo時(shí)，不改變控制量，使充電過程能夠穩(wěn)定地進(jìn)行;只有當(dāng)|en| >eo 時(shí)才對輸出控制量進(jìn)行調(diào)節(jié)。PID控制模塊的程序流程如圖9所示：