基于DSP2812的便攜式數字試驗電源的研制

張祖偉,劉明坤,李玉慶（南車青島四方機車車輛股份有限公司,山東　青島　266111）

基于DSP2812的便攜式數字試驗電源的研制

張祖偉,劉明坤,李玉慶
（南車青島四方機車車輛股份有限公司,山東青島266111）

針對機車車輛、電力設施與智能控制裝置等檢修時需測試其各種開關器件(如繼電器、接觸器)的性能，特研制以TMS320F2812DSP為控制核心，移相全橋ZVZCSPWM變換器為主電路拓撲，引入PI控制調節算法，采用電壓外環電流內環的雙閉環控制的試驗電源。

ZVZCS變換器；試驗電源；TMS320F2812

機車車輛、電力設施與智能控制裝置的檢修都需對其開關器件的性能進行測試，看其在允許范圍內能否正常工作，本電源針對此項工作研制，既可以作為試驗電源測試裝置80%電源電壓特性使用，又可作為測試繼電裝置的啟動性能使用，還可作為開關電源使用，不僅降低了勞動強度和操作復雜性，而且大大提高了工作效率。

1　系統硬件設計

1.1技術參數

電源輸入：單相交流220V±10%，50HZ；輸出直流電壓：0～120V；

輸出電流：0～20A；開關頻率：100KHZ；整機效率：η≥90%。

1.2主功率電路

主電路拓撲結構采用移相全橋ZVZCS變換器，由輸入不可控整流濾波電路、ZVZCS逆變橋、高頻變壓器和全波輸出整流濾波電路等組成，具有低損耗高效率的特性。輸入的交流市電經EMI濾波器整流濾波得到脈動的直流電，經ZVZCSPWM變換電路[1]后再整流濾波得到所需的直流電。閉環控制回路由采樣電路把采集到的電壓電流信號送入DSP主控制器中，并與基準值比較，依據比較結果采用PI算法調節PWM信號輸出，進而來控制功率開關管IGBT的開關，以此來達到輸出穩定電壓電流的目的。

1.3 控制電路

1.3.1采樣電路設計

采用LEM公司LV28-P、LA28-NP霍爾傳感器[2]。測電壓時原邊串聯一個較大的電阻，從而把電壓信號變成了電流信號，副邊將會感應出相應電流，當副邊電流通過采樣電阻時產生壓降，進而映射出需檢測電壓或電流的大小，并實現了電氣隔離。

1.3.2保護電路設計

本設計由輸出過壓和過流保護、輸入欠壓保護和過熱保護等組成。保護信號如有一路發生異常，光耦隔離器TLP521的管腳“4”則由高變為低電平，進而TMS320F2812[3]的管腳“PDPINTA”（下降沿有效）電平被拉低，DSP產生中斷，進而關斷PWM輸出保護電路。

2　軟件設計

采用模塊化程序設計，實現控制系統的全數字化。移相PWM脈沖的生成由事件管理EV模塊全比較器完成。根據拓撲設計要求，驅動同一橋臂兩個IGBT的脈沖信號180°互補[4,5]，且必須設置一定的死區時間，本變換器設置為0.8μS。前臂IGBT的脈沖信號超前于滯后臂一個移相角，且在閉環控制系統下0～180°內實時調整。開機系統初始化，對各寄存器進行賦值，初始化并設置比較單元，由A/D采樣電路得到的電壓電流信號反饋給TMS320F2812，調用PI算法子程序調節PWM占空比得到穩定電壓和電流的目的，實現閉環控制。當有中斷信號產生時，調用相應的中斷子程序，中斷執行完畢后，返回中斷入口地址，繼續執行原來的主程序。

3　實驗結果

本設計的難點和重點在于軟開關技術的實現，當超前臂實現ZVS、滯后臂實現ZCS時，整機效率才會有很大提高。

下圖所示為超前臂實現零電壓開關ZVS波形，當S1的門極驅動電壓Vge到來時，開關管S1兩端漏極電壓Vce已經基本上降到零，實現了零電壓開通；當門極驅動電壓信號Vge關斷時，漏極電壓Vce已近似變為零，實現了零電壓關斷。圖中的門極驅動電壓Vge波形有些失真是因為使用隔離探頭測量造成的結果。

2為滯后臂零電流開關ZCS波形，由于滯后臂兩個開關管的電流不方便測試，所以直接測量原邊電流波形來代替流過滯后臂IGBT電流波形。當門極驅動信號電壓Vge到來時，原邊電流已經為零，實現了零電流開通；當驅動信號Vge關斷時，原邊電流已經降低至零，實現了零電流關斷。由于采用了飽和電感和隔直電容，滯后臂IGBT在開通和關斷時，流過的電流接近于零，因此大大減小了其開關損耗。

4　　結論

本文研制的試驗電源體積小、重量輕、效率高、操作簡單且便于攜帶，雙閉環PI控制的電壓電流特性好，整機可靠性高，精度符合設計要求，完全滿足日常調試檢修用，大大提高了工作效率。

[1]劉勝利.現代高頻開關電源實用技術[M].北京:電子工業出版社,2004.

[2]楊旭,裴云慶,王兆安.開關電源技術[M].北京:機械工業出版社,2004.

[3]RonLenk著,王正仕,張君明譯.實用開關電源設計[M].北京:人民郵電出版社,2006.

[4]楊晶琦.電力電子器件原理與設計[M].北京:國防工業出版社,1999.

[5]韓豐田.TMS320F281xDSP原理及應用技術[M].北京:清華大學出版社,2009.