基于DSP的智能功放開關電源設計方案

2．2 功放開關電源模塊控制電路

該控制電路以DSPTFMS320F2812為核心，主要包括產生移相脈沖波形、實時采樣、功率調節、過壓保護、過流保護、過功率保護、濾波算法和全橋移相算法等功能。采用TMS320F2812內置的16路12位高分辨率A／D轉換電路實現電壓、電流實時采樣．每通道的最小轉換時間為80 ns，A／D轉換電路的輸入信號電平范圍為0～3 V。采樣后，通過軟件編程調整驅動全橋逆變器開關管的PWM波形移相角，實現穩壓，同時當輸出電壓、電流過高或欠壓時，DSP調用相應的子程序處理突發異常事件，起到保護作用。同時通過A／D采樣輸出電壓電流信號進行運算，可精確測量輸出功率，并調整事件管理器相關寄存器的值來調節輸出電壓。

控制器的動態特性和穩壓精度等性能與調節器設計密切相關。在功放開關電源的設計中，采用增量式PID控制算法。

電源設計中的數字控制均采用數字采樣控制，即根據采樣時刻的偏差值計算控制量。PID控制的離散形式為：

式中，Ts為采樣周期。

式(1)為是位置式PID控制算式。為增加控制系統的可靠性，采用增量式PID控制算式，即DSP只輸出控制量u(k)的增量，式(1)是第K次PID控制器的輸出量，那么(K-1)次PID控制器的輸出量為：

因此，增量式PID控制算法為：

式(3)和式(4)就是該控制程序的增量式PID控制算式。增量式PID控制與位置式PID控制相比僅算法不同，但它只輸出增量，減少了DSP誤操作時對控制系統的影響，而且不會產生積分失控。圖3為基于TMS320F2812的PID控制器的實現框圖。

2．3 功放開關電源的軟件設計

基于DSP的功放開關電源的軟件設計主要實現以下功能：

(1)全橋移相脈沖的產生 利用TMS320F2812事件管理器中兩個比較單元直接輸出電路脈沖。從移相基本原理來看，滯后橋臂相對于超前臂之間的驅動有一個周期性延時，其延時角即為移相角。設定由比較單元1輸出的PWM1／PWM2分別驅動超前臂開關管VQ1、VQ3，由比較單元2輸出的PWM3／PWM4驅動滯后臂開關管 VQ4、VQ2。每個橋臂上下兩管之間的驅動脈沖互補且帶死區，固定超前橋臂的驅動在每周期的0時刻發出，則只要延遲移相角φ對應的時間，再發生比較事件則可得到滯后橋臂的驅動脈沖，從而實現0°～180°范圍內的自由移相。

(2)過壓、過流、過功率的檢測和保護 基于DSP的功放開關電源具有過壓、過流、過功率、過熱等保護功能。發生異常時．系統進入異常中斷服務子程序進行處理，并及時閉鎖PWM輸出。為防止誤動作，設定連續讀取20個異常信號才認定為電路異常，否則不處理。各模塊程序流程如圖4～圖6所示。