基于DSP控制的大功率开关电源的启动方法

1、本文作者在研制基于DSP 控制的大功率开关电源过程中,设计了辅助电源启动电路,它采用两路DSP 开出信号实现电源的软启动功能。本文首先介绍了电源的系统构成,然后对常用的启动方法进行了比较分析并得出它们的优缺点;针对提出辅助电源启动方法,并给出DSP 开出与继电器的接口电路和软件启动流程。1系统构成开关电源系统框图如图1所示,由主电路和控制系统组成。控制系统以TI 公司的数字控制芯片TMS320F2812为核心,分数据采样和功率模块触发两部分。本电源功率为60kW ,主电路的输入级是由三相二极管整流桥和滤波模块构成,整流桥采用1200V 、300A 规格,滤波模块采用400V 、10000F 的

2、四个电容两串两并构成耐压800V 、容量10000F 的电容器组。逆变模块采用1200V 、400A 的IGBT ,由DSP 产生的触发信号实现移相控制。图1开关电源系统框图2常用启动方法比较分析开关电源上电启动瞬间,输入级的峰值电流非常大(经实验在主电路三相输入电压为150V 时,峰值电流达到1000A 左右。此类电源一般常用的启动方式有三种:直接上电启动,主电路串接电阻启动,晶闸管整流。第一种方式峰值电流大,容易造成整流桥的损坏和降低电容的使用寿命。即使采用LC 滤波方式,由于电源功率等级高,采用合适的非饱和电感存在体积大、成本高的缺点。第二种方式是在整流桥后主电路中串接限流电阻,待电容器

3、两端电压升至530V 左右时,由开关器件把电阻短路,此后电路进入正常工作状态。此种方式需要大容量的接触器,也存在体积大成本高的问题。第三种方式采用晶闸管整流方式,即上电启动时控制晶闸管的触发角,实现整流后电压缓慢上升。该方式的缺点,一方面是成本高(三相晶闸管整流桥比三相二极管整流桥昂贵,另一方面是需要设计晶闸管触发电路,需要较多工作量。3辅助电源启动方法本文设计的辅助电源启动电路如图2所示。该电路由1个三相接触器K4、1个三相整流桥(由6个二极管组成、2个继电器K5、K6和1个限流电阻R 构成。它们的规格分别是:K4线圈电压220V 、触点电压380V ,控制功率500W ,二极管为耐压1kV

4、 ,平均正向电流2A ,K5、K6线圈电压5V ,触点电压220V ,控制功率10W 。R 为1K 、50W 的绕线电阻。由此来看,辅助启动电路元器件规格与主电路(电流数量级是200A 元器件规格相比小2个数量级,因此该电路具有成本低、体积小的特点。图2开关电源启动电路其中,中间继电器的驱动信号来自DSP 主板。某一路DSP 开出与继电器的接口电路如图3所示,开出信号经反相器、光电隔离和功放来驱动继电器线圈。(下转第82页基于DSP 控制的大功率开关电源的启动方法Starting Method of Based on DSP Control High Power Switching Suppl

5、y王延安肖登明(上海交通大学电子信息与电气工程学院,上海200240摘要为减小大功率开关电源启动电流对整流桥和滤波电容的冲击,设计了辅助电源启动电路。此电路采用基于DSP 控制系统的两路开出信号来实现开关电源的软启动。实践证实该方法无冲击电流、成本低、体积小且简单实用。关键词:启动,DSP ,大功率开关电源AbstractIn order to reduce the high power switching power supply starting current to the rectification bridge and the filter elec-tric capacitys i

6、mpact,the accessory power supply starting circuit is designed.Two starting out signals of the DSP control system is used to realize switching power supplys soft start.The practice confirmed that this method has non-surge cur-rent,low cost,small volume and simple practical.Keywords :start,DSP,high po

7、wer switching power supply基于DSP 控制的大功率开关电源的启动方法74(上接第74页开关电源上电启动过程为,首先断路器DL 手动合闸,然后通过通信网络在控制室遥控上电启动。在启动过程中IGBT 的触发信号处于闭锁状态。软件启动流程如图4所示。4结束语辅助电源启动方式具有无冲击电流,体积小、成本低的特点。采用DSP 的2路开出信号控制辅助启动过程,便于基于DSP 控制系统的集成。实践证明本启动方法简单可靠。参考文献1杨荫福,段善旭,朝泽云.电力电子装置及系统M .北京:清华大学出版社,20062徐德鸿.电力电子技术M .科学出版社,20063Keith Billing

8、s.开关电源手册M .张占松,汪4刘辉,付子义,冯红梅.永磁直线同步电动机垂直运输系统的数据采集系统串行通信研究J .工业控制计算机,2007,20(2:15-16 图4开关电源软件启动流程记录仪的震动等,这些都是在设计之初应当考虑到的问题,所以在设计中选择的元器件要安全可靠,另外输入量要进行光耦隔离,防止可能的输入的电流突变对系统造成影响,电源的输入和输出要进行滤波等。3系统的软件设计3.1嵌入式操作系统的开发记录仪因为涉及的模块较多,功能也更加丰富,所以对于一般的单片机来说,显然已经显得力不从心,无法适应系统需要的实时性和复杂功能的要求,且传统的单片机使用汇编语言编程,相对于高级语言来说显

9、得难懂。所以,在此使用了嵌入式Linux 系统。在宿主机上建立好交叉工具编译链后,即可进行嵌入式Linux 系统的移植,其主要工作主要是集中在Linux 内核的裁剪,使其适合ARM 单片机结构并能在其上正常的运行起来,内核移植时应保持其基本功能,如进程调度、内存管理、虚拟文件系统、网络接口和进程间通信等系统。在系统启动前,需要自己编写一个BootLoader ,BootLoader 是系统启动前执行的一段代码,作用类似于我们PC 机中的BIOS 。嵌入式Linux 完成后,就可以进行驱动程序的开发,如LCD 驱动、USB 驱动及串口驱动等,来监测所要驱动的硬件设备是否存在和能否正常工作。当系统

10、可以正常启动和运行,且驱动程序无误后,就可以进行上层应用程序的开发。3.2应用软件设计系统的软件设计中主要包括3个部分的内容:数据的采集和存储模块,数据的处理和显示模块,系统抗干扰性的设计,程序框图如图4所示。其中,数据采集和存储模块包括对前面提到的车辆行使过程中的设定的开关量和脉冲量的采集和向Nor Flash 中的存储。数据处理和输出则包括LCD 显示屏对采集到的各个量的输出显示及与实时时钟对应的时间显示及路程显示;车辆超速和超时驾驶是的语音报警提示;数据利用USB 口和RS232进行数据下载和与上位机进行通信;按键输入信息的存储和显示等。增强系统的抗干扰性设计则是预防程序在运行过程中跑飞

11、而设计的看门狗程序以及指令冗余和软件陷阱、软件重要变量的多重拷贝、软件的可重入设计。4结束语本记录仪采用现在市场上流行的S3C2410单片机与开发已日趋成熟的嵌入式Linux 系统作为核心,具有更出色的性能,能够更准确和完整的记录汽车在行驶过程中的状态信息,对司机可能出现的超速和疲劳驾驶等事故前兆提前进行语音提示警告,并能忠实记录下车辆事故前的状态为事后进行事故分析提供准确数据。参考文献1于明,范书瑞,曾祥烨.ARM9嵌入式系统设计与开发教程M .北京:电子工业出版社,20062苏东.主流ARM 嵌入式系统设计技术与实例精解M .北京:电子工业出版社,20073GB /T 190562003.汽车行驶记录仪的规范性标准S 4张景璐,杜辉,吴友兰.ARM9嵌入式系统设计与应用案例M .北京:中国电力出版社,20085张绮文,谢建雄,谢劲心.ARM 嵌入式常用模块与综合系统设计精讲M .北京:电子工业出版社,20066孙秋野,孙凯,冯健.ARM 嵌入式系统开发典型模块M .北京:人民邮电出版社,200