基于DSP的高壓電源的設計原理分析

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進行計算。DSP通過計脈沖個數(shù)的方式計算采集電壓值，對采集的電壓進行簡單數(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控制策略計算前后橋臂的相位差，通過PWM輸出控制信號，同時將采集的電壓通過顯示器顯示。電源的運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)動信號必須經(jīng)過驅(qū)動保護電路，其目的是一方面將5路驅(qū)動信號隔離并濾波放大，另一方面當逆變環(huán)節(jié)和Buck電路產(chǎn)生過流短路或溫度過高等故障時，能夠及時產(chǎn)生可靠的故障信號，通知DSP停止發(fā)送驅(qū)動脈沖。

　　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)動電路隔離。這里采用高速光耦TLP250作為隔離。圖4為1路開關管的驅(qū)動電路，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，進而調(diào)節(jié)輸出電壓，達到穩(wěn)壓的目的。

　　過流保護采用電流互感器作為電流檢測元件，其具有足夠快的響應速度，能夠在開關管允許的過流時間內(nèi)將其關斷，起到保護作用。過流保護信號經(jīng)分壓、濾波后加至電壓比較器的同相輸入端，如圖5所示。當同相輸入端過流檢測信號比反相輸入端參考電平高時，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)ǎ⑼喽穗娢惶嵘秊楦唠娖?，使電壓比較器一直穩(wěn)定輸出高電平。同時，該過流信號還送到DSP內(nèi)，通過程序中斷來控制PWM輸出，起到保護作用。

　　4 軟件設計

　　該設計由DSP進行控制，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，通過與設定電壓比較來控制PWM輸出的變化。該設計程序流程圖如圖6所示。

　　5 實驗結(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

　　該設計提出了一種設計高壓電源的新思路，并且進行了大量實驗。實驗結(jié)果表明，用Buck電路做前級調(diào)壓，用DSP對5個開關管進行控制是可行的，并且實驗效果比用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;完全能滿足X射線管的要求，而且有望實現(xiàn)高壓電源的嵌入式應用。