【導(dǎo)讀】本文從DSP的功能出發(fā)，設(shè)計出一款簡化器件、減少功耗、節(jié)省成本，且能夠有效提高系統(tǒng)可靠性的大功率開關(guān)電源。本次設(shè)計的開關(guān)電源主要由功率主電路、DSP控制電路、輔助電路組成。
1、電源的總體方案
本文所設(shè)計的開關(guān)電源的基本組成原理框圖如圖1所示，主要由功率主電路、DSP控制回路以及其它輔助電路組成。
開關(guān)電源的主要優(yōu)點在“高頻”上。通常濾波電感、電容和變壓器在電源裝置的體積和重量中占很大比例。從“電路”和“電機學”的有關(guān)知識可知，提高開關(guān)頻率可以減小濾波器的參數(shù)，并使變壓器小型化，從而有效地降低電源裝置的體積和重量。以帶有鐵芯的變壓器為例，分析如下：
圖1 系統(tǒng)組成框圖
2、系統(tǒng)的硬件設(shè)計
本電源功率主回路采用“AC-DC-AC—DC”變換的結(jié)構(gòu)，主要由輸入電網(wǎng)EMI濾波器、輸人整流濾波電路、高頻逆變電路、高頻變壓器、輸出整流濾波電路等幾部分組成，如圖2所示。
圖2 功率主電路原理圖
其基本工作原理是：交流輸入電壓經(jīng)EMI濾波、整流濾波后得到直流電壓，通過高頻逆變器將直流電壓變換成高頻交流電壓，再經(jīng)高頻變壓器隔離變換，輸出所需的高頻交流電壓，最后經(jīng)過輸出整流濾波電路，將高頻變壓器輸出的高頻交流電壓整流濾波后得到所需要的高質(zhì)量、高品質(zhì)的直流電壓。如圖3所示為交流輸入電壓到最后輸出所需直流電壓的各環(huán)節(jié)電壓波形變換流程。
3、系統(tǒng)的軟件實現(xiàn)
為了構(gòu)建DSP控制器軟件框架，使程序易于編寫、查錯、測試、維護、修改、更新和擴充，在軟件設(shè)計中采用了模塊化設(shè)計，將整個軟件劃分為初始化模塊、ADC信號采集模塊、PID運算處理模塊、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3所示。
圖3 軟件模塊流程圖
主要技術(shù)指標如下：輸入電壓：三相AC380V±5%；輸出電壓：DC220V±2%；輸出電流：50A；額定功率：11kW。
所得試驗樣機額定負載時的輸出波形如圖4(a)所示。由圖4(a)實際讀數(shù)可知，輸出電壓從0上升到220V的響應(yīng)時間為1s左右，電源系統(tǒng)具有較快的響應(yīng)速度。同時，由圖4(b)中的電壓波形局部放大圖可見，輸出電壓為220V時，電壓波動在2V左右，其最大電壓波動小于1%。
圖4 樣機額定負載時的輸出波形
結(jié)語
本文介紹的基于DSP的大功率高頻開關(guān)電源，充分發(fā)揮了DSP強大功能，可以對開關(guān)電源進行多方面控制，并且能夠簡化器件，降低成本，減少功耗，提高設(shè)備的可靠性。試驗數(shù)據(jù)表明指標滿足設(shè)計要求，本電源均能夠保持良好的輸出性能。
相關(guān)閱讀：
設(shè)計師和CAD人員必讀教材：開關(guān)電源PCB布局布線
頻率抖動技術(shù)如何抑制開關(guān)電源的電磁干擾？
神級反激式開關(guān)電源，在1.1V電壓下點亮了HBLED燈！
