烟台市农业信息中心         宋雷鸣          牟晓卉
　　
　　摘要介绍数字信号处理器(DSP)的结构特点以及在DC/DC直流驱动电源系统设计上的应用范例。
　　
　　利用高性能的数字信号处理器(DSP)设计电源，不但能够减少电路的元器件，而且还可以大大提高系统的可靠性和稳定性，克服电子设备长期受到供电不稳及噪声干扰，与传统的电源设计方式相比有着明显的优势。其主要优点：一是更容易实现数字芯片的处理和控制，避免模拟信号传递的畸变、失真，减少杂散信号的干扰；二是便于系统调试；三是方便实现远程遥感、遥测、遥调。
　　
　　本文以ADMC331设计DC/DC直流驱动电源为例，简要介绍一下数字信号处理器(DSP)在电源产品设计上的应用。
　　
　　1ADMC331的结构特点
　　
　　ADMC331是美国模拟器件公司(ADI)推出的基于DSP技术的电机控制器，它将高性能DSP内核ADSP2171与丰富的外围控制线路集成于单片芯片中，大大简化了硬件设计，为用户快速、高效地开发控制器创造十分有利的条件。其主要特性如下:
　　
　　(1)集成了一个26MIPS(每秒百万条指令)定点数字信号处理器内核,它与ADSP-2100数字信号处理系列的代码完全兼容;
　　
　　(2)单周期指令执行时间为38.5ns(外接13MHz晶振);
　　
　　(3)内置了2k×24位程序存储器ROM,2k×24位程序存储器RAM和1k×16位数据存储器RAM;
　　
　　(4)具有一个三相16位基于中点的脉宽调制(PWM)发生器,能够灵活编程的高精度PWM信号;
　　
　　(5)有2路8位辅助脉宽调制(AUXPWM)通道,频率可编程;
　　
　　(6)有七路Σ型A/D变换通道,最高分辨率为12位,最大采样频率可达32.5kHz;
　　
　　(7)具有24个可编程数字输入输出(PIO)口,可单独设置成输入或输出,支持状态变化中断;
　　
　　(8)提供2个双缓冲同步串行口(SPORT0、SPORT1),用以完成串行通讯和多处理器间的通信;
　　
　　(9)带有实时中断的16位看门狗定时器;
　　
　　(10)内部程序存储器ROM固化一些实用程序,方便系统的程序设计,减少数字控制系统的程序计算时间。
　　
　　2ADMC331设计DC/DC直流驱动电源
　　
　　2.1DC/DC直流驱动电源的系统结构
　　
　　DC/DC直流驱动电源系统由主电路和控制电路等部分组成,其结构框图如图1所示。

　　
　　(1)主电路

　　
　　DC/DC直流驱动电源系统的主电路如图2所示。主电路采用功率MOSFET管构成的交错并联双管正激拓扑结构,VT1、VT2、VD1、VD2与副边拓扑构成1号双管正激变换器;VT3、VT4、VD3、VD4与副边拓扑构成2号双管正激变换器。工作时,2号变换器的控制脉冲相对于1号变换器移相180°,双路变换器交替工作,向副边传输能量,通过二极管VD1、VD2或VD3、VD4向原边输入电源回馈能量,实现铁心磁复位。交错并联双管正激变换器与单管正激变换器相比,电压应力小,功率管只承受电源电压,不需要另加磁复位电路，与全桥或半桥变换器相比,它不存在桥臂直通的危险。此外,交错并联结构使变换器热分布均匀,提高了可靠性。
　　
　　(2)DSP控制系统
　　
　　DSP是控制电路的核心,控制系统由ADMC331、E2PROM及外围电路等构成最小DSP系统，完成控制、计算、保护等功能，可实现驱动直流电源真正意义上的全数字化控制。ADMC331提供PWM控制信号,经隔离驱动后驱动功率MOSFET工作。为了保证功率模块正常安全运行,采用一片GAL芯片对运行中系统电流、电压、异常故障等进行检测并作出反应，通过硬件方式直接封锁驱动信号的输出，提高了系统对故障响应的快速性和可靠性，同时保护信号也通过数字PIO口送入ADMC331，进行软件查询、处理和报警显示。另外,ADMC331外接一个存有程序执行指令的机器码的E2PROM，上电后通过串行口程序自行导入，并且采用MAX232芯片作为TTL与RS232的电平转换，以实现ADMC331与外界的通讯。
　　
　　(3)驱动电路
　　
　　驱动电路的好坏直接影响系统工作的可靠性与电气性能,对于功率MOSFET采用如图3所示的驱动电路,变压器隔离,电路设计大为简化,抗干扰能力强,具有快速、高性能的特点。

　　
　　2.2仿真与试验
　　
　　采用PSPICE软件对主电路进行仿真,电路仿真和实验参数为输入电压Ui=12V,输出电压Uo=100V,功率MOSFET为IRFP064N(每个IRFP064N的源、漏间导通电阻仅为0.008Ω),输出电感L=50μH,输出电容C=4.7μF,开关频率f=50kHz,工作占空比D=0.4,高频变压器初、次级匝比n=1∶10,输出电流Io=2A。

　　
　　通过对设计的样机进行严格测试,DC/DC直流驱动电源系统运行良好,试验效果令人满意,如图4所示。数字信号处理器(DSP)在电源产品设计上的应用,可以实现电源产品的高效、可靠及真正意义上的全数字化控制,提高控制电路的集成度和控制电路乃至整个系统的可靠性和可塑性。

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