作者：尹熙鵬 段哲民

        摘要：介紹了基于DSP的PWM型開關(guān)電源的原理及設(shè)計(jì)方法，以DSP芯片TMS320LF2407產(chǎn)生SPWM為例闡述了開關(guān)電源中PWM波形的實(shí)現(xiàn)方法。仿具結(jié)果表明，基于DSP的開關(guān)電源具有穩(wěn)定快、失真小、負(fù)載對(duì)系統(tǒng)影響小的特點(diǎn)。

        關(guān)鍵詞：數(shù)字信號(hào)處理 脈寬調(diào)制 正弦脈寬調(diào)

        目前，開關(guān)電源以具有小型、輕量和高效的特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于以電子計(jì)算機(jī)為主異的各種終端設(shè)備和通信設(shè)備中，是當(dāng)今電子信息產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展不可缺少的一種電源方式。與之相應(yīng)，在微電子技術(shù)發(fā)展的帶動(dòng)下，DSP芯片的發(fā)展日新月異，功能日益強(qiáng)大，性價(jià)比不斷上升，開發(fā)手段不斷改進(jìn)，其處理速度比CPU快10～15倍，因此基于DSP芯片的開關(guān)電源可以說是天作之保，擁有著廣闊的前景，可用于選進(jìn)的機(jī)載電源中，也是開關(guān)電源今后的發(fā)展趨勢(shì)。

        
        1 PWM型開關(guān)電源原理

        PWM型開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

        市電信號(hào)經(jīng)過輸入濾波和整流濾波后實(shí)現(xiàn)AC/DC轉(zhuǎn)換，將電網(wǎng)交流電直接整流為較平滑的直流電，以供下一級(jí)變換；再經(jīng)過逆變器后實(shí)現(xiàn)DC/AC轉(zhuǎn)換，將整流后的直流電變?yōu)榻涣麟�，這是PWM型開關(guān)電源實(shí)現(xiàn)PWM控制的核心部分，其頻率越高，體積、重量與輸出功率之比越小。最后在通過輸出整流與濾波，根據(jù)負(fù)載需要，提供穩(wěn)定可靠的直流電源。

        
        2 PWM控制原理

        開關(guān)電源控制原理圖如圖2所示。圖中，開關(guān)K以一定的時(shí)間間隔重復(fù)地接通和斷開，在開關(guān)K接通時(shí)，輸入電源E可通過開關(guān)K和濾波電路提供給負(fù)載RL為負(fù)載提供能量；為使負(fù)載能得到連續(xù)的能量，開關(guān)穩(wěn)壓電源必須要有一套儲(chǔ)能裝置，在開關(guān)接通時(shí)將一部分能力儲(chǔ)存起來，在開關(guān)斷開時(shí)，向負(fù)載釋放[4]。圖2中，由電感L、電容C2用以儲(chǔ)存能量，在開關(guān)斷開時(shí)，儲(chǔ)存在電感L和C2中的能量通過二極管D釋放給負(fù)載，使負(fù)載得到連續(xù)而穩(wěn)定的能量。因二極管D使負(fù)載電流連續(xù)不斷，所以稱為續(xù)流二極管。AB間的電壓平均值EAB可表示為：

        EAB=TON|T×E （1）

        式中，TON為開關(guān)每次接通的時(shí)間，T為開關(guān)通斷的工作周期（即開關(guān)拉通時(shí)間TON和關(guān)斷時(shí)間TOFF之和）。由式（1）可知，開關(guān)接通時(shí)間和工作周期的比例改變，AB間電壓的平均值也隨之改變，因此，隨著負(fù)載及輸入電源電壓的變化自動(dòng)調(diào)整TON和T的比例，便能使輸出電壓V0維持不變。改變接通時(shí)間TON和工作周期比例亦即改變脈沖的占空比，這種方法為“時(shí)間比率控制”（Time Ratio Control，縮寫為TRC）[1]。這里按照TRC原理選擇了開關(guān)周期T恒定，通過改變脈沖寬度TON來改變占空比，這種方式稱為脈寬調(diào)制方式（PWM），用來實(shí)現(xiàn)對(duì)電壓幅值頻率的控制。

        
        3 DSP芯片TMS320LF2407簡介

        TMS320系列DSP的體系結(jié)構(gòu)是專為實(shí)時(shí)信號(hào)處理而設(shè)計(jì)的，該系列DSP集實(shí)時(shí)處理能力和控制外設(shè)功能于一身，為實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)提供了理想的解決方案。

TMS320LF2407在TMS320 系列的基礎(chǔ)上有以下特點(diǎn)[2]：

        (a) 高性能10位模/數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）的轉(zhuǎn)換時(shí)間為500ns，提供多達(dá)16路的模擬輸入。

        (b) 基于TMS320C2xx第洌的CPU核保證了其與TMS320系列DSP的代碼兼容。

        (c) 具有兩個(gè)事件管理器模塊EVA和EVB，每個(gè)均可提供兩個(gè)16位通用定時(shí)器和八個(gè)16位的PWM通道。