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1 引言 近年來(lái)，隨著(zhù)大功率開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展，對控制器的要求越來(lái)越高，開(kāi)關(guān)電源的數字化和智能化也將成為未來(lái)的發(fā)展方向。 目前，我國的大功率開(kāi)關(guān)電源多采用傳統的模擬控制方式，電路復雜，可靠性差。因此，采用集成度高、集成功能強大的數字控制器設計開(kāi)關(guān)電源控制器，來(lái)適應不斷提高的開(kāi)關(guān)電源輸出可編程控制、數據通訊、智能化控制等要求。 2 數字控制器設計 本文設計的數字控制器，采用TI公司24X系列DSP控制器中的TMS320LF2407A芯片作為主控制器，主要功能模塊包括：（1）DSP與可編程邏輯器件CPLD相配合實(shí)現全橋移相諧振軟開(kāi)關(guān)驅動(dòng)（2）偏磁檢測電路；（3）其他功能，如數據采集、保護及外部接口等�？刂葡到y結構如圖1所示。 2.1移相控制波形的生成 TMS320LF2407A芯片包含兩個(gè)事件管理器EVA和EVB，每個(gè)事件管理器都包括兩個(gè)通用定時(shí)器，通用定時(shí)器GPT1和GPT2對應于事件管理器EVA，GPT1和GPT2對應于事件管理器EVB，通用定時(shí)器的結構如圖2所示。 通用定時(shí)器是PWM波形產(chǎn)生的基礎，每個(gè)通用定時(shí)器都可以提供一路單獨的PWM輸出通道。獲得指定周期指定脈寬的PWM信號的過(guò)程是：首先設置通用定時(shí)器控制寄存器TxCON確定計數器的計數模式和時(shí)鐘源；然后根據需要的PWM波形周期設置周期寄存器TxPR；接著(zhù)裝載比較寄存器TxCMPR，確定PWM 波形的占空比。通過(guò)上述相應的設置即可獲得指定周期、指定脈寬的PWM信號。 而輸出移相波形的關(guān)鍵是讓同一事件管理器中的兩個(gè)通用定時(shí)器同步工作，并且在一個(gè)通用定時(shí)器從零開(kāi)始計數的時(shí)刻，賦予另一個(gè)通用定時(shí)器計數器不同的初值，初值的大小決定兩個(gè)通用定時(shí)器輸出PWM波形的相位關(guān)系。本文利用事件管理器EVA的兩個(gè)通用定時(shí)器GPT1和GPT2的同步工作，產(chǎn)生移相波形。 為了避免因開(kāi)關(guān)器件特別是IGBT器件在關(guān)斷時(shí)電流拖尾造成橋臂瞬時(shí)直通所造成的危害，還需要在同側橋臂的開(kāi)關(guān)器件控制波形中添加死區。因為PLD具有可在線(xiàn)修改能力，可在PCB電路完成后隨時(shí)修改設計，而不必改動(dòng)硬件電路，因此本文采用ALTERA公司的EPM7000S系列的CPLD芯片，通過(guò)編程生 成控制波形的死區。如圖3所示。 2.2磁偏檢測電路 在全橋電路中，一對功率開(kāi)關(guān)管在工作周期的前半部分和后半部分交替地通斷，若它們的飽和壓降相等，導通脈寬也一樣，則稱(chēng)電路工作在平衡狀態(tài)。但若由于某種原因導致兩個(gè)半周期內施加在中頻變壓器上的電壓不相等（例如功率開(kāi)關(guān)管的飽和壓降有較大差異）或是一對晶體管的導通脈寬不相等（例如由于存儲時(shí)間的不一 致、控制電路輸出脈寬不相等以及反饋回路引起的不對稱(chēng)等）時(shí)，功率轉換電路就工作在不平衡狀態(tài)。變壓器的磁通在一個(gè)周期終了時(shí)不能返回到起始點(diǎn)，于是將在一個(gè)方向增大，其工作區域將偏向一個(gè)象限，引起磁芯飽和從而導致功率開(kāi)關(guān)管損壞，逆變失敗，此即所謂“單向偏磁”。 為了避免變壓器的飽和，充分發(fā)揮數字控制器的優(yōu)勢，盡量簡(jiǎn)化主電路的設計，增加變壓器的利用率，本文設計中采取以下方法來(lái)進(jìn)行磁偏的檢測和控制。如圖4所示，通過(guò)互感器分別檢測變壓器的一次側正負半周的電流大小，將檢測得到的值HCQ1和HCQ2進(jìn)行比較，一旦某個(gè)半周的電流偏大超過(guò)一定的值，則認為出現了偏磁，將該信號送入TMS320LF2407A的捕獲單元功能，產(chǎn)生捕獲中斷并通過(guò)中斷程序去調整相應橋臂的功率開(kāi)關(guān)管驅動(dòng)脈沖的寬度，強制對變壓器進(jìn)行磁恢復，防止變壓器飽和現象的發(fā)生。 2.3數據采樣及濾波 為了確�？刂瓢迮c系統主電路的信號隔離，數據采樣電路上采用與霍爾電壓傳感器和霍爾電流傳感器接口，確保采樣輸入電路的信號與采樣輸出信號的完全隔離。 TMS320LF2407A芯片內部集成了10位精度的帶內置采樣/保持的模數轉換模塊（ADC）。根據系統的技術(shù)要求，10位ADC的精度可以滿(mǎn)足電壓的分辨率、電流的分辨率的控制要求，因此本文直接利用控制芯片內部集成的ADC，就可滿(mǎn)足控制精度。另外，該10位ADC是高速ADC, 最小轉換時(shí)間可達到500 ns，也滿(mǎn)足控制對采樣周期要求。 為了提高ADC數字采樣的精度，減少軟件濾波的工作量，設計了低通濾波器對電壓和電流的信號進(jìn)行處理，以消除高頻信號的干擾和更好的消除線(xiàn)路以及空間的干擾。 2.4保護功能 電源運行過(guò)程中，可能會(huì )發(fā)生一些異常狀態(tài)，如全橋電路出現直通使得原邊母線(xiàn)短路；副邊負載短路或者過(guò)流、散熱器過(guò)熱等等，需要在控制中加以保護。 在本文設計中，利用了DSP 功率保護引腳PDPINT的功能對異常狀態(tài)進(jìn)行檢測并能夠做到及時(shí)恰當處理，做到系統的安全可靠運行。 保護電路采用窗口比較電路，分別檢測功率開(kāi)關(guān)管的過(guò)流信號，輸出的短路信號和散熱器的過(guò)熱信號。設定保護的閥值，一旦出現任何異常，就可以立刻將保護信號 送入DSP 功率保護引腳PDPINT或者外部中斷信號IOPE-2，通知控制系統并采取相應的措施：對于原邊的短路以及副邊的短路采用不可恢復的保護方式，立刻關(guān)閉 PWM驅動(dòng)信號，切斷電源的輸入，以防止其它更嚴重的危險發(fā)生；對于散熱器過(guò)熱等可恢復的保護信號，則暫時(shí)關(guān)閉PWM輸出，等狀態(tài)恢復后再重新恢復工作。 |
