基于DSP的数控电源设计

工程硕士学位论文

另外，在较复杂的多系统应用中，相对于模拟电源，数字电源主要是通过软件编程的方式来实现各方面的功能，因此它具备可扩展性与重复使用性等特点。这样可以使用户更加方便修改工作参数，来满足不同用途的需求旧１。还有，数字电源在实现中可以通过实时对过电流等现象进行管理，从而对电路起到保护作用。

数字电源的控制方案有很多种，有用ＤＳＰ控制的，也有用ＭＣＵ（微控制器）控制的。ＤＳＰ是ＤｉｇｉｔａｌＳｉｇｎａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇ的缩写，同时也是ＤｉｇｉｔａｌＳｉｇｎａｌＰｒｏｃｅｓｓｏｒ的缩写，前者是指数字信号处理技术，后者是指数字信号处理器。数字信号处理技术是一门新兴学科，伴随着计算机和信息技术的发展而快速发展，主要是利用计算机等设备对信号用数字的方式进行采集、交换、滤波、增强、压缩、识别等处理，来得到人们需要的信号形式。而本文中提到的ＤＳＰ均是数字信号处理器的意思，它是一种特别适合进行数字信号处理运算的微处理器，比一般的通用处理器的数字处理速度更快，并且能应用于实时运算当中。

一般ＤＳＰ有以下特点：

（１）数据空间和程序空间分开，可以同时取指令和取数据；

（２）硬件支持低开销或无开销的循环和跳转；

（３）快速的处理终端；

（４）支持并行操作；

（５）能在一个指令周期内进行～个乘加运算；

（６）支持流水线操作ｎ仉“１。

相对来讲，ＤＳＰ比一般的单片机在数字运算处理方面更具有优势，所以会比用ＭＣＵ控制的电源更能满足数字电源的需求，可以做到实时的反应速度更快，而且电源的稳压性能更好。那么，数字电源有什么好处呢？首先它是可编程的，比如通讯、检测、遥测等所有功能都可以用软件编程的方式来实现。另外，数字电源具有高性能和高可靠性，非常灵活“”。

数字电源和模拟电源相比较，数字电源内含ＤＳＰ或ＭＣＵ（由ＤＳＰ控制的开关电源可采用数字滤波器，控制功能更强相应速度更快、稳定性更好）；现场可编程（用软件编程来实现通信、检测、遥测等功能）；具有控制、管理和监测功能，能实现复杂控制；能充分发挥数字信号处理器及微控制器的优势，使所设计的数字电源达到高技术指标；能实现多相位控制、分线性控制、模糊控制、负载均流以及故障预测等功能，为研制绿色节能型电源提供便利条件；高集成度，便于构成分布式数字电源系统；改变性能指标时不需要更换硬件；技术复杂，用户需要编程；技术复杂，用户需要编程；内部结构复杂，外部结构简单；成本偏高。而模拟电源性能和可靠性较差；集成度较低；改变性能指标时需要更换硬件；技术简单，不需要编程；内部结构简单，但外围电路较复杂；成本低ｎ３，“１。

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第２章功率因数校正（ＰＦＣ）电路的设计

２．１引言

ＤＳＰ控制的数字电源的基本结构框图如图２．１所示，市电交流输入经过整流，功率因数校正电路，ＤＣ／ＤＣ（直流／直流）转换电路产生合适的电压输出。电压电流反馈电路对指定的电压电流进行采样送入ＤＳＰ中进行处理，ＤＳＰ输出ＰＷＭ（脉冲宽度调制）信号驱动功率开关管来控制ＤＣ／ＤＣ电路，从而实现对输出电压的控制。ＤＳＰ芯片作为主要控制芯片，输出电压电流经过反馈回路通过Ａ／Ｄ（模数转换）接口模块采样后将采样结果与基准电压电流进行比较，比较的输出结果经过运算得到占空比来控制ＰＷＭ模块产生信号输出。辅助电源为ＤＳＰ芯片和其他芯片供电。

图２．１ＤＳＰ控制的数字电源基本结构框图

一般情况下，交流电源经过整流之后会在后边接一个大电容用来滤波，如图２．２所示，得到较为平整的直流电压。这样，虽然输入的交流电压是正弦的，但是输入的交流电流会有畸变，呈脉冲状ｎ…，如图２．３所示。这样就会造成严重的后果，谐波电流对电网有危害，功率因数也会下降。畸变的输入电流含有大量的谐波，会使谐波噪声提高，在输入端需要加上滤波器，会使成本增加，体积和重量也会相应增加；谐波电流倒流回电网会对电网造成污染，产生二次效应，即电流流过电路中的阻抗造成电压降，会使原来的输入电压也发生畸变；另外也会造