DSP的大功率開關(guān)電源的設(shè)計(jì)方案

　　圖3 功軍主回路的電壓波形變化

　　本開關(guān)電源采用半橋式功率逆變電路。如圖2所示，輸入市電經(jīng)EMI濾波器濾波，大大減少了交流電源輸入的電磁干擾，并同時(shí)防止開關(guān)電源產(chǎn)生的諧波串?dāng)_到輸入電源端。再經(jīng)過橋式整流電路、濾波電路變成直流電壓加在P、N兩點(diǎn)問。P、N之間接人一個(gè)小容量、高耐壓的無感電容，起到高頻濾波的作用。半橋式功率變換電路與全橋式功率變換電路類似，只是其中兩個(gè)功率開關(guān)器件改由兩個(gè)容量相等的電容CA1和CA2代替。在實(shí)際應(yīng)用中為了提高電容的容量以及耐壓程度，CA1和CA2往往采用的是由多個(gè)等值電容并聯(lián)組成的電容組。C A1、CA2 的容量選值應(yīng)在電源體積和重量允許的條件下盡可能的大，以減小輸出電壓的紋波系數(shù)和低頻振蕩。CA1 和CA2 在這里同時(shí)起到了靜態(tài)時(shí)分壓的作用，使Ua =Uin/2。

　　在本電源的設(shè)計(jì)中，采用IGBT來作為功率開關(guān)器件。它既具有MOSFET的通斷速度快、輸入阻抗高、驅(qū)動(dòng)電路簡單及驅(qū)動(dòng)功率小等優(yōu)點(diǎn)，又具有GTR的容量大和阻斷電壓高的優(yōu)點(diǎn)。

　　在IGBT的集射極間并接RC吸收網(wǎng)絡(luò)，降低開關(guān)應(yīng)力，減小IGBT關(guān)斷產(chǎn)生的尖峰電壓;并聯(lián)二極管DQ實(shí)現(xiàn)續(xù)流的作用。二次整流采用全波整流電路，通過后續(xù)的LC濾波電路，消除高頻紋波，減小輸出直流電壓的低頻振蕩。LC濾波電路中的電容由多個(gè)高耐壓、大容量的電容并聯(lián)組成，以提高電源的可靠性，使輸出直流電壓更加平穩(wěn)。

　　2.2 控制電路

　　控制電路部分實(shí)際上是一個(gè)實(shí)時(shí)檢測和控制系統(tǒng)，包括對開關(guān)電源輸出端電壓、電流和IGBT溫度的檢測，對收集信息的分析和運(yùn)算處理，對電源工作參數(shù)的設(shè)置和顯示等。其控制過程主要是通過采集開關(guān)電源的相關(guān)參數(shù)，送入DSP芯片進(jìn)行預(yù)定的分析和計(jì)算，得出相應(yīng)的控制數(shù)據(jù)，通過改變輸出PWM波的占空比，送到逆變橋開關(guān)器件的控制端，從而控制輸出電壓和電流。

　　控制電路主要包括DSP控制器最小系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)電路、輔助電源電路、采樣電路和保護(hù)電路。

　　(1)DSP控制器最小系統(tǒng)

　　DSP控制器是其中控制電路的核心采用TMS32OLF2407A DSP芯片，它是美國TEXAS INSTU—MENTS(TI)公司的最新成員。TMS30LF2407A基于C2xLP內(nèi)核，和以前C2xx系列成員相比，該芯片具有處理性能更好(30MIPS)、外設(shè)集成度更高、程序存儲(chǔ)器更大、A/D轉(zhuǎn)換速度更快等特點(diǎn)，是電機(jī)數(shù)字化控制的升級產(chǎn)品，特別適用于電機(jī)以及逆變器的控制。DSP控制器最小系統(tǒng)包括時(shí)鐘電路、復(fù)位電路以及鍵盤顯示電路。時(shí)鐘電路通過15 MHz的外接晶振提供;復(fù)位電路直接通過開關(guān)按鍵復(fù)位;由4×4的矩陣式鍵盤和SPRT12864M LCD構(gòu)成了電源系統(tǒng)的人機(jī)交換界面。

　　(2)驅(qū)動(dòng)放大電路

　　IGBT的驅(qū)動(dòng)電路采用脈沖變壓器和TC4422組成，其電路原理圖如圖4所示：

　　圖4 IGBT驅(qū)動(dòng)電路原理圖