基于DSP的大功率開關電源的設計

　　本文介紹的基于DSP的大功率高頻開關電源，充分發揮了DSP強大功能，可以對開關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，提高設備的可靠性。

　　1、電源的總體方案

　　本文所設計的開關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。

　　開關電源的主要優點在“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”的有關知識可知，提高開關頻率可以減小濾波器的參數，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：

　　系統組成框圖

　　2、系統的硬件設計

　　本電源功率主回路采用“AC-DC-AC—DC”變換的結構，主要由輸入電網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。

　　功率主電路原理圖

　　其基本工作原理是：交流輸入電壓經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，再經高頻變壓器隔離變換，輸出所需的高頻交流電壓，最后經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量、高品質的直流電壓。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節電壓波形變換流程。

　　3、系統的軟件實現 為了構建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，在軟件設計中采用了模塊化設計，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。

　　軟件模塊流程圖

　　主要技術指標如下：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)實際讀數可知，輸出電壓從0上升到220V的響應時間為1s左右，電源系統具有較快的響應速度。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%。

　　樣機額定負載時的輸出波形

　　4、結論

　　本文介紹的基于DSP的大功率高頻開關電源，充分發揮了DSP強大功能，可以對開關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，提高設備的可靠性。試驗數據表明指標滿足設計要求，本電源均能夠保持良好的輸出性能。