基于DSP的高壓電源的設(shè)計(jì)原理分析

圖3為DSP控制電路示意圖。A/D轉(zhuǎn)換模塊采用AD652芯片將由分壓器采集的電壓信號轉(zhuǎn)換成頻率信號，通過光纖傳給DSP進(jìn)行計(jì)算。DSP通過計(jì)脈沖個(gè)數(shù)的方式計(jì)算采集電壓值，對采集的電壓進(jìn)行簡單數(shù)字濾波處理，防止引入干擾。然后以此電壓為依據(jù)用數(shù)字PI控制策略計(jì)算前后橋臂的相位差，通過PWM輸出控制信號，同時(shí)將采集的電壓通過顯示器顯示。電源的運(yùn)行狀況和輸出電壓通過鍵盤來控制。送至逆變環(huán)節(jié)和Buck電路的驅(qū)動(dòng)信號必須經(jīng)過驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路，其目的是一方面將5路驅(qū)動(dòng)信號隔離并濾波放大，另一方面當(dāng)逆變環(huán)節(jié)和Buck電路產(chǎn)生過流短路或溫度過高等故障時(shí)，能夠及時(shí)產(chǎn)生可靠的故障信號，通知DSP停止發(fā)送驅(qū)動(dòng)脈沖。

　　為了使控制電路盡量避免受高電壓功率部分的影響，要求控制電路與驅(qū)動(dòng)電路隔離。這里采用高速光耦TLP250作為隔離。圖4為1路開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)電路，其他4路類似。

　　反饋回路中對輸出電壓信號的取樣，采用在輸出端并聯(lián)電阻，再通過電阻串聯(lián)衰減的方法實(shí)現(xiàn)電壓經(jīng)隔離反饋至DSP，通過DSP程序控制輸出PWM波的占空比，進(jìn)而調(diào)節(jié)輸出電壓，達(dá)到穩(wěn)壓的目的。

　　過流保護(hù)采用電流互感器作為電流檢測元件，其具有足夠快的響應(yīng)速度，能夠在開關(guān)管允許的過流時(shí)間內(nèi)將其關(guān)斷，起到保護(hù)作用。過流保護(hù)信號經(jīng)分壓、濾波后加至電壓比較器的同相輸入端，如圖5所示。當(dāng)同相輸入端過流檢測信號比反相輸入端參考電平高時(shí)，比較器輸出高電平，使VD2從原來的反向偏置狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檎驅(qū)?，并將同相端電位提升為高電平，使電壓比較器一直穩(wěn)定輸出高電平。同時(shí)，該過流信號還送到DSP內(nèi)，通過程序中斷來控制PWM輸出，起到保護(hù)作用。

　　4 軟件設(shè)計(jì)

　　該設(shè)計(jì)由DSP進(jìn)行控制，DSP產(chǎn)生的5路PWM波，1路用于前級Buck電路調(diào)壓，另外4路用于高頻逆變。采樣反饋電路將每級輸出反饋回DSP，通過與設(shè)定電壓比較來控制PWM輸出的變化。該設(shè)計(jì)程序流程圖如圖6所示。

　　5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

　　電源供電輸入為220 V二相交流電，整流后母線電壓約為300 V，功率管為2MBI100N-060型IGBT，最大耐壓600 V，最大電流100A。濾波電感約為1 mH，電容為560μF/1 kV，后級高壓側(cè)諧振電感L=300μH，諧振電容C≈1μF，工作頻率約為19 kHz，最大諧振電流30 A。經(jīng)取樣電阻取樣后得到圖7所示結(jié)果。

　　6 結(jié)論

　　該設(shè)計(jì)提出了一種設(shè)計(jì)高壓電源的新思路，并且進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，用Buck電路做前級調(diào)壓，用DSP對5個(gè)開關(guān)管進(jìn)行控制是可行的，并且實(shí)驗(yàn)效果比用SG3525要好很多，而且該系統(tǒng)的體積大大減小，電路結(jié)構(gòu)簡單清晰，調(diào)壓響應(yīng)平穩(wěn)、快速;輸出電壓穩(wěn)定度高，紋波系數(shù)小，電路抗干擾能力強(qiáng);完全能滿足X射線管的要求，而且有望實(shí)現(xiàn)高壓電源的嵌入式應(yīng)用。