基于dsp实现双闭环控制的直流电源new

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1、万方数据第29卷第10期电力自动化设备Voi．29No．10@2009年10月ElectricPowerAutomationEquipmentOct．2009●●l—w—————————————————．__．_---—————————————_lIl_-I-————————————————————————————————I●I___lI●__Il_基于DSP实现双闭环控制的直流电源蔡方凯1．张玉平1·2(1．成都电子机械高等专科学校通信工程系，四川成都610031；2．西南交通大学电气工程学院，四Jll成都610031)摘要：通过对电力机车直流稳压

2、电源的分析．阐明了开关电源设计的技术要求。选用智能功率模块IPM设计的电力机车110V数字开关电源．利用DSP数字信号处理芯片TMS320F2812对电源控制系统进行实时处理．采用电压外环、电流内环的双闭环控制策略。设计了双闭环控制策略的软件．电流内环采用单神经元控制算法．给出了电压外环控制过程中Pm参数的设置过程．以保证电压输出的稳定性和电压调节的速度。实验表明，电源运行稳定可靠．额定工况下电源转换效率达到94％，电压动态调节时间小于5ms，输出误差小于±1％。关键词：开关电源；效率；DSP；双闭环控制；IPM；设计中图分类号：TP303．3文献标

3、识码：A文章编号：1006—6047(2009)10—0140—03开关电源以其重量轻、体积小、效率高等诸多优点，广泛应用于计算机、通信、电力电子、航空航天等行业的各种仪器设备中[1-21。目前，在开关电源的设计中．控制开关管的高频PWM脉宽调制信号可以用多种方式产生。其中．利用DSP技术来产生PWM控制信号．以其快速的处理能力和强大的控制功能．正被越来越广泛地应用[3．引。本文所讨论的开关电源技术是以铁路系统中的电力机车110V直流稳压电源为背景进行研究的【5]。电力机车110V直流稳压电源的输入电压变化范围宽(277。495V)，转换效率和稳压精

4、度要求高．输出功率大．并且对可靠性和安全性要求特别严格。为此。设计中利用DSP芯片进行实时数据采集和处理，主功率器件采用智能功率模块IPM(IntelligentPowerModule)。通过电压外环、电流内环的双闭环控制模式，达到电源稳压、限流和故障保护等多种功能Ls-7J。1系统结构及工作原理电力机车110V直流稳压电源的系统结构见图1。为保证供电的不间断性，输出接有蓄电池组。系统中的高频逆变器采用IPM．它以IGBT为基础。内部集成了逻辑、控制、检测和保护电路，与普通IGBT相比．在系统性能和可靠性上有很大的提高．同时由于IPM通态损耗和开关损

5、耗都比较低．使散热器的尺寸减小．故整个系统的体积减小了。主功率变压器采用非晶材质．极大提高了变压器的性能【7I引。在本系统中．PWM控制处理器采用美国rI'I公司的TMS320F2812控制专用DSP芯片．TMS320F2812的基本特性如下[9-11]：a．单个TM$320F2812芯片有18KRAM、128KStYli日期：2009—03—03：修回13期：2009—08—05蓄蚓鳖垂奎鎏曰汀l控制于卡k]二次整流滤波匦商掣IPWMI甲肭匝巫亟科，名五矗奏匾哥≮罕∥I故障诊断l图1110V直流稳压电源系统结构框图Fig．1Blockdiagram

6、of110VDCregulatedpowersupplysystem负载输出电漉检测豳工Flash．实现了高性能数字信号处理器与高精度模拟及闪存的结合．可用于在开发及对现场软件进行升级时的简单再编程：b．16通道的PWM(脉冲宽度调制)：c．16通道12位ADC．其吞吐量每秒可达16．7M采样率．此外其双采样装置可在紧密的控制环路中提供关键的支持：d．3个定时器：e．串行口有CAN、McBSP、SPI、2SCIs．充分保证了通信的方便：f．TMS320F2812器件为设计人员提供了整套的片上系统．极大地降低了板级空间及系统成本。系统工作原理：经过将弓

7、网25kV交流进行变压后的396V交流信号输入到EMI中进行电磁兼容处理．然后通过全桥整流和滤波转换成直流信号(如图2所示)，再通过高频逆变器IPM转变成脉动交流信号(开关频率为18kHz)．经过主功率变压器进行降压处理，最后通过二次整流电路(如图3所示)输出110V直流稳压信号。万方数据第10期蔡方凯，等：基于DSP安现双闭环控制的育流电源@图2电网输入LC滤波网络及一级整流电路原理图Fig．2InputLCfalterand蛐maryrectificationcircuit工2图3二级整流及LC滤波输出电路原理图Fig．3Secondaryrec

8、tificationcircuitandoutputLCfilter整流器、开关二极管电流、电压快速上升或下