CN105071665A - 一种基于dsp和cpld的移相全桥开关电源控制器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于DSP和CPLD的移相全桥开关电源控制器，包含采样滤波电路、磁偏检测电路、DSP模块、CPLD模块、隔离驱动电路、功率放大电路、控制器、接口模块、远程通讯模块和显示模块；所述采样滤波电路、磁偏检测电路、功率放大电路、连接在DSP模块的相应端口上，所述DSP模块通过CPLD模块连接隔离驱动电路，所述DSP模块控制器连接远程通讯模块，所述DSP模块通过接口模块连接显示模块。

Description

一种基于DSP和CPLD的移相全桥开关电源控制器

技术领域

本发明涉及一种电源输出控制系统，尤其涉及一种基于DSP和CPLD的移相全桥开关电源控制器，属于电源输出控制领域。

背景技术

目前我国有些地方由于电力供应紧张,或电力设备严重老化,在用电高峰期,电网超负荷运行,电网电压太低,而在用电低谷期,电网电压太高,这种电压大幅度波动的现象,很容易给一些用电设备带来损害。特别是不断出现的各种智能化仪器仪表、个人电脑等家用电器,对电源质量的要求越来越高,这就需要研制一种高性能的交流稳压电源。

当前市场上的交流稳压电源有继电器控制和伺服电机控制的交流稳压电源两类,前者是一种有级调整,价格低廉,效率较高,但由于是有级调整造成电压跳动和瞬间断电,用于计算机及带微电脑的家用电器、智能化仪器仪表等容易造成故障。后者是一种无级调整、效率高、调压范围宽、波形失真小,但是功能比较单一,性能和可靠性欠佳,没有实现智能化,不能数字显示,更没有定时输出和闹钟作用。

例如申请号为“201310575820.9”的一种交流稳压电源属于调节电变量或磁变量的系统领域，尤其是涉及一种交流稳压电源的改进。该发明提供一种性能稳定、有系统电压、频率显示功能的一种交流稳压电源。本发明包括输入调节模块、整流模块、DC-DC升压模块、H桥逆变电路、输出滤波模块、控制器、A/D转换模块、电压采样模块、频率采样模块和比较器模块，其特征在于：输入调节模块、整流模块和DC-DC升压模块相连，整流模块还与H桥逆变电路相连，DC-DC升压模块、H桥逆变电路与控制器相连；控制器还与A/D转换模块、电压采样模块和频率采样模块和比较器相连。

又如申请号为“201410062045.1”的单相和三相交流稳压电源，它由带抽头的单相或三相自耦变压器、感容滤波器、整流二极管和全控器件组成的双向全控电子开关、晶闸管组成的双向半控电子开关、及其控制触发电路组成。每相2个双向电子开关连接在自耦变压器输入端，用自动调节双向全控开关中的2个全控器件斩控通断比，使输出交流电压达到稳定的交流稳压电源。它具有无触点，反应迅速，电子元器件数量小，成本低，可靠性好等优点。它可替代现有单、三相补偿式全自动交流稳压电源，单、三相全自动补偿式电力稳压电源，智能型无触点交流电力稳压电源，有广泛市场开发前景。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术的不足提供了一种基于DSP和CPLD的移相全桥开关电源控制器。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种基于DSP和CPLD的移相全桥开关电源控制器，包含采样滤波电路、磁偏检测电路、DSP模块、CPLD模块、隔离驱动电路、功率放大电路、控制器、接口模块、远程通讯模块和显示模块；所述采样滤波电路、磁偏检测电路、功率放大电路连接在DSP模块的相应端口上，所述DSP模块通过CPLD模块连接隔离驱动电路，所述DSP模块通过控制器连接远程通讯模块，所述DSP模块通过接口模块连接显示模块。

作为本发明一种基于DSP和CPLD的移相全桥开关电源控制器的进一步优选方案，所述DSP模块采用采用TI公司24X系列DSP控制器中的TMS320LF2407A芯片。

作为本发明一种基于DSP和CPLD的移相全桥开关电源控制器的进一步优选方案，所述接口模块的芯片型号为RS232。

作为本发明一种基于DSP和CPLD的移相全桥开关电源控制器的进一步优选方案，所述远程通讯模块的芯片型号为SY-RSCM302。

作为本发明一种基于DSP和CPLD的移相全桥开关电源控制器的进一步优选方案，所述显示模块采用LCD显示屏。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1、本发明设计的移相全桥谐振软开关数字控制器不仅实现了功率器件驱动、保护等主电路控制功能外，还提供了丰富的外部通讯接口，以及外部设备控制功能，通过DSP和CPLD编程，实现不同类型功率模块、不同输出要求的开关电源数字化控制；

2、本发明采用集成度高、集成功能强大的数字控制器设计开关电源控制器，来适应不断提高的开关电源输出可编程控制、数据通讯、智能化控制等要求。

附图说明

图1是本发明的结构原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

如图1所示，一种基于DSP和CPLD的移相全桥开关电源控制器，包含采样滤波电路、磁偏检测电路、DSP模块、CPLD模块、隔离驱动电路、功率放大电路、控制器、接口模块、远程通讯模块和显示模块；所述采样滤波电路、磁偏检测电路、功率放大电路连接在DSP模块的相应端口上，所述DSP模块通过CPLD模块连接隔离驱动电路，所述DSP模块通过控制器连接远程通讯模块，所述DSP模块通过接口模块连接显示模块。

其中，所述DSP模块采用采用TI公司24X系列DSP控制器中的TMS320LF2407A芯片，所述接口模块的芯片型号为RS232，所述远程通讯模块的芯片型号为SY-RSCM302，所述显示模块采用LCD显示屏。

本发明的移相全桥谐振软开关数字控制器不仅实现了功率器件驱动、保护等主电路控制功能外，还提供了丰富的外部通讯接口，以及外部设备控制功能，通过DSP和CPLD编程，实现不同类型功率模块、不同输出要求的开关电源数字化控制。

本发明的创新点在于利用DSP的强大数据处理功能和CPLD可编程特点，设计了具有数字化、智能化、通用性好的开关电源数字控制器，使得应用该数字控制器的开关电源具有很高的响应速度，能实现复杂的输出特性，如满足电池充电过程中针对不同的充电策略所要求的充电曲线等，因此具有较广的应用前景。

为了确保控制板与系统主电路的信号隔离，数据采样电路上采用与霍尔电压传感器和霍尔电流传感器接口，确保采样输入电路的信号与采样输出信号的完全隔离。TMS320LF2407A芯片内部集成了10位精度的带内置采样/保持的模数转换模块。根据系统的技术要求，10位ADC的精度可以满足电压的分辨率、电流的分辨率的控制要求，因此本文直接利用控制芯片内部集成的ADC，就可满足控制精度。另外，该10位ADC是高速ADC,最小转换时间可达到500ns，也满足控制对采样周期要求。为了提高ADC数字采样的精度，减少软件滤波的工作量，设计了低通滤波器对电压和电流的信号进行处理，以消除高频信号的干扰和更好的消除线路以及空间的干扰。

电源运行过程中，可能会发生一些异常状态，如全桥电路出现直通使得原边母线短路；副边负载短路或者过流、散热器过热等等，需要在控制中加以保护，利用了DSP功率保护引脚PDPINT的功能对异常状态进行检测并能够做到及时恰当处理，做到系统的安全可靠运行。

保护电路采用窗口比较电路，分别检测功率开关管的过流信号，输出的短路信号和散热器的过热信号。设定保护的阀值，一旦出现任何异常，就可以立刻将保护信号送入DSP功率保护引脚PDPINT或者外部中断信号IOPE-2，通知控制系统并采取相应的措施：对于原边的短路以及副边的短路采用不可恢复的保护方式，立刻关闭PWM驱动信号，切断电源的输入，以防止其它更严重的危险发生；对于散热器过热等可恢复的保护信号，则暂时关闭PWM输出，等状态恢复后再重新恢复工作。

本发明的数字控制器外部接口包括外部控制I/O接口和外部通讯接口，利用DSP内部的I/O口来实现外围的附加控制功能，如：指示灯显示、主电路的缓起控制、输出接触器的控制、散热风扇的开关控制等；

外部通讯接口包括CAN总线接口和RS232接口。CAN总线接口可满足远距离数据传输要求，RS232接口可与人机设备接口。

外部CAN总线通讯接口采用TMS320LF2407A芯片的CAN控制器接口，利用用82C250作为CAN驱动芯片和外部设备通讯。CAN驱动芯片82C250单独供电，通过光耦将DSP内部CAN控制器的引脚CANRX和CANTX和驱动芯片82C250隔离，以减少数字信号对CPU的干扰。

RS232通讯接口利用TMS320LF2407A芯片包含的串行通信接口SCI模块，它支持CPU与其他使用标准格式的异步外设之间的数字通讯。SCI接收器和发送器是双缓冲的，每一个都有它自己单独的使能位和中断标志位。两者都可以独立工作，或者在全双工的方式下同时工作。本文设计中，CPU的SCI模块引脚SCIRX和SCITX通过光耦隔离后和RS232串口驱动芯片MAX232相连接，MAX232的输出采用3线传送方式，信号通过高速光耦隔离后与外部设备连接。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。上面对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以再不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (5)

1.一种基于DSP和CPLD的移相全桥开关电源控制器，其特征在于：包含采样滤波电路、磁偏检测电路、DSP模块、CPLD模块、隔离驱动电路、功率放大电路、控制器、接口模块、远程通讯模块和显示模块；所述采样滤波电路、磁偏检测电路、功率放大电路连接在DSP模块的相应端口上，所述DSP模块通过CPLD模块连接隔离驱动电路，所述DSP模块通过控制器连接远程通讯模块，所述DSP模块通过接口模块连接显示模块。

2.根据权利要求1所述的一种基于DSP和CPLD的移相全桥开关电源控制器，其特征在于：所述DSP模块采用采用TI公司24X系列DSP控制器中的TMS320LF2407A芯片。

3.根据权利要求1所述的一种基于DSP和CPLD的移相全桥开关电源控制器，其特征在于：所述接口模块的芯片型号为RS232。

4.根据权利要求1所述的一种基于DSP和CPLD的移相全桥开关电源控制器，其特征在于：所述远程通讯模块的芯片型号为SY-RSCM302。

5.根据权利要求1所述的一种基于DSP和CPLD的移相全桥开关电源控制器，其特征在于：所述显示模块采用LCD显示屏。