目前,开关电源以具有小型、轻量和高效的特点而被广泛应用于以电子计算机为主异的各种终端设备和通信设备中,是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式.与之相应,在微电子技术发展的带动下,DSP芯片的发展日新月异,功能日益强大,性价比不断上升,开发手段不断改进,其处理速度比CPU快10～15倍,因此基于DSP芯片的开关电源可以说是天作之保,拥有着广阔的前景,可用于选进的机载电源中,也是开关电源今后的发展趋势.
1 PWM型开关电源原理
PWM型开关电源的结构框图如图1所示.
市电信号经过输入滤波和整流滤波后实现AC/DC转换,将电网交流电直接整流为较平滑的直流电,以供下一级变换;再经过逆变器后实现DC/AC转换,将整流后的直流电变为交流电,这是PWM型开关电源实现PWM控制的核心部分,其频率越高,体积、重量与输出功率之比越小.最后在通过输出整流与滤波,根据负载需要,提供稳定可靠的直流电源.
2 PWM控制原理
开关电源控制原理图如图2所示.图中,开关K以一定的时间间隔重复地接通和断开,在开关K接通时,输入电源E可通过开关K和滤波电路提供给负载RL为负载提供能量;为使负载能得到连续的能量,开关稳压电源必须要有一套储能装置,在开关接通时将一部分能力储存起来,在开关断开时,向负载释放[4].图2中,由电感L、电容C2用以储存能量,在开关断开时,储存在电感L和C2中的能量通过二极管D释放给负载,使负载得到连续而稳定的能量.因二极管D使负载电流连续不断,所以称为续流二极管.AB间的电压平均值EAB可表示为:
EAB=TON|T&TImes;E (1)
式中,TON为开关每次接通的时间,T为开关通断的工作周期(即开关拉通时间TON和关断时间TOFF之和).由
式(1)可知,开关接通时间和工作周期的比例改变,AB间电压的平均值也随之改变,因此,随着负载及输入电源电压的变化自动调整TON和T的比例,便能使输出电压V0维持不变.改变接通时间TON和工作周期比例亦即改变脉冲的占空比,这种方法为“时间比率控制”(TIme RaTIo Control,缩写为TRC)[1].这里按照TRC原理选择了开关周期T恒定,通过改变脉冲宽度TON来改变占空比,这种方式称为脉宽调制方式(PWM),用来实现对电压幅值频率的控制.
3 DSP芯片TMS320LF2407简介
TMS320系列DSP的体系结构是专为实时信号处理而设计的,该系列DSP集实时处理能力和控制外设功能于一身,为实现控制系统提供了理想的解决方案.
TMS320LF2407在TMS320 系列的基础上有以下特点[2]:
(a) 高性能10位模/数转换器(ADC)的转换时间为500ns,提供多达16路的模拟输入.
(b) 基于TMS320C2xx第洌的CPU核保证了其与TMS320系列DSP的代码兼容.
(c) 具有两个事件管理器模块EVA和EVB,每个均可提供两个16位通用定时器和八个16位的PWM通道.
(d) 高达24K的FLASH程序存储器.
(e) 可扩展外部存储器.
(f) 五个外部中断(两个驱动保护、复位和两上可屏蔽中断).
4 利用TMS320LF2407实现SPWM
4.1 SPWM控制的基本原理
所谓SPWM即PWM中脉冲宽度按正弦规律变化.由采样理论:冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上,其效果基本相同可知,为了在输出端得到正弦波,就需要输出一系列幅值相等而宽度不等的矩形波.采用三角载波的规则采样法,就可以得到宽度按正弦规律变化的矩形波.如图3所示,每个脉冲的中点都以相应的三角波的中点对称,在三角载波的负峰时刻TD对正弦波采样得到D点,过D点作一水平直线和三角波分别交于A点和B点,在A点时刻tA和B点时刻tB控制功率器件的通断.可见AB长度即为脉冲宽度,由图可得如下关系式:
AB=Tc(1+sinωctD)/2 (2)
根据这一关系式可知,如果一个周期内有N个矩形波,则第I个矩形波的占空比为:
4.2 利用TMS320LF2407实现SPWM控制
这里以EVB中的通用定时器3及与之相关的比较单元为例来说明实现SPWM控制的过程.