【正文】 的問題。在已知 EMC 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的相應(yīng)頻段下的插入損耗值時(shí)，可以先固定其中幾個(gè)參數(shù)值，設(shè)定一個(gè)參數(shù)為變量來進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)其特點(diǎn)可粗略地劃為三個(gè)頻段 : 差模干擾為主 。圖 39和圖 310給出單環(huán)和雙環(huán)電源濾波器的典型電路，前者為一般性能電路，后者為高性能電路。由于 CPLD 具有引腳重定義功能，使得 PCB板的設(shè)計(jì)要簡(jiǎn)化得多。側(cè) W是讀 /寫控制端，低電 平寫顯示模塊，高電平讀顯示模塊。在 E為高電平時(shí)，該液晶模塊處于使能階段?？紤]到發(fā)光二級(jí)管的額定電流為 20毫安，下拉電阻選擇R=15O 歐姆。K3為傳輸增益，其典型值為 ，范圍為 ~。對(duì)于需要較高的線性度及較高頻帶寬度的開關(guān)電源閉環(huán)控制系統(tǒng)而言，線性光禍實(shí)現(xiàn)電氣隔離是一種較佳的選擇。 (5)電壓紋波士 60mV。最后簡(jiǎn)單的對(duì) DSP芯片 TMS320F2812 進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹?？捎糜谕綌?shù)據(jù)通信。初始化時(shí)中斷矢量表可以被移植并在操作過程中允許用戶更新。一次可執(zhí)行最多 16 個(gè)通道的自動(dòng)轉(zhuǎn)換，可工作在 8 個(gè)自動(dòng)轉(zhuǎn)換的雙排序工作方式或一組 16皖西學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 個(gè)自動(dòng)轉(zhuǎn)換通道的單排序工作方式，可編程為順序采樣和雙路同步采樣。 TMS320F2812 芯片系統(tǒng)組成包括 :CPU、片內(nèi)存儲(chǔ)器、中斷管理模塊、事件管理器模塊、片內(nèi)集成外圍設(shè)備等。目前，各種應(yīng)用場(chǎng)合對(duì)電源的動(dòng)態(tài)性能提出了越來越高的要求，其中輸出電壓的超調(diào)與恢復(fù)時(shí)間被認(rèn)為是最重要的指標(biāo)。還有一些改進(jìn)算法如積分分離法，遇限削弱積分法，不完全微分法，微分先行法和帶死區(qū)的 PID 控制算法等。 ○ 2 積分環(huán)節(jié) :主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無差度，從而使系統(tǒng)的穩(wěn)定性提高。 圖 213 FPGA 控制開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)框圖 開關(guān)電源的控制算法 開關(guān)電源的數(shù)字控制，都需要一定的控制算法來實(shí)現(xiàn)其控制規(guī)律。 （ 3）基于 FPGA 控制 FPGA 具有容量大、邏輯功能強(qiáng)的特點(diǎn)，而且兼有高速、高可靠性的優(yōu)點(diǎn)。 DSP 可以把當(dāng)前時(shí)刻的輸出電壓、頻率值送給單片機(jī)并在 8 位 LED 上顯示出來。單片經(jīng)過A/D 和 D/A 轉(zhuǎn)換，有比較大的時(shí)延，勢(shì)必影響電源的動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)壓精度。從圖 211 中可以看到， 50Hz220V 的交流電經(jīng)電網(wǎng)濾波器消除來自電網(wǎng)的干擾后，進(jìn)入到輸入整流濾波器進(jìn)行整流濾波，變換成直流電壓信號(hào)。由于數(shù)字控制的高可靠性，必然使整個(gè)控制系統(tǒng)的可靠性得到提高，而且可以針對(duì)不同的系統(tǒng) (或不同型號(hào)的產(chǎn)品 )，采用統(tǒng)一的控制板，只是對(duì)控制軟件作一些調(diào)整即可，這對(duì)于生產(chǎn)廠家而言，無疑 有著巨大的吸引力。開關(guān)電源實(shí)現(xiàn)數(shù)字化可帶來以下優(yōu)勢(shì) : (1)數(shù)字控制易于采用先進(jìn)的控制方法和智能控制策略，使得開關(guān)電源的智能化程度更高，性能更加完美。而輸入電壓較高時(shí)切換至 PFM 控制模式。具有 PFM 功能的集成芯片有 MAX64 TL49 UC1864等。 PFM 控制的基本原理是 :當(dāng)輸出電壓升高時(shí)，控制器輸出信號(hào)的脈沖寬度不變，而工作周期變長，使占空比減小，輸出電壓降低。如果 Ue 是誤差電壓與鋸齒波相交點(diǎn)的電壓， U是鋸齒波電壓的幅值，則占空比為 D=Ue/U，若輸出電壓比要求的電壓低，則產(chǎn)生的誤差電壓大。開關(guān)電源的模擬控制方法已經(jīng)使用了數(shù)十年，也形成了一系列的控制方式，大致有 3種 :脈沖寬度控制方式 PWM、脈沖頻率控制方式 PFM 和 PWMPFM混合控制方式。本章將簡(jiǎn)單介紹有關(guān)開關(guān)電源的設(shè)計(jì)技術(shù)基礎(chǔ) :開關(guān)電源概述、開關(guān)電源的控制方法、控制算法及 DSP芯片簡(jiǎn)介。新型的電源電路拓?fù)浜托滦偷目刂萍夹g(shù)，可使功率開關(guān)管工作在零電壓或零電流狀態(tài)，從而可大大的提高開關(guān)電源工作效率。尤其當(dāng)開關(guān)頻率達(dá)到 100kHz 至數(shù) MHz 的高頻時(shí)，成本、能耗以及許多具體的技術(shù)困難限制了高頻開關(guān)電源數(shù)字控制器的市場(chǎng)化進(jìn)程，使得價(jià)格低廉的模擬控制器仍然主宰著消費(fèi)開關(guān)電源市場(chǎng)。 80 年代初研制的屬第三代，隨著電力電子技術(shù)與半導(dǎo)體技術(shù)的大力發(fā)展，我國的許多研究所、工廠及高等院校著手研制多種型號(hào)的工作頻率在 20kHz 左右，輸出功率在 1000W 以下的無工頻降壓變壓器開關(guān)電源，并應(yīng)用于電子計(jì)算機(jī)、通信、電視等方面， 10多年來取得了較好的效果。為了系統(tǒng)安全可靠的運(yùn)行，設(shè)計(jì)了溫度檢測(cè)環(huán)節(jié)，防止器件過溫失效 。與此同時(shí)，系統(tǒng)的 功能不斷持續(xù)提升，而體積和平均售價(jià)則不斷下降。在控制策略方面，為了保證系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能和魯棒性，本設(shè)計(jì)采用模糊 PID控制算法，在系統(tǒng)小信號(hào)模型的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了模糊規(guī)則表，利用查表法選取參數(shù)，減小了算法的復(fù)雜度。皖西學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 基于 DSP 的反激式數(shù)字開關(guān)電源的設(shè)計(jì) 摘要： 開關(guān)電源具有體積小、效率高等非常多的優(yōu)越性，在微型計(jì)算機(jī)、通訊電源、家用電器等領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。為了調(diào)試和應(yīng)用的方便，開發(fā)了基于 LCD的友好人機(jī)接口。先進(jìn)的半導(dǎo)體工藝技術(shù)不但使元器件速度更快、體積更小，而且它們還要求更低的供電電壓和更高的供電電流 。在硬件研究方面，為了保證輸出性能優(yōu)越和隔離要求，應(yīng)用高精度線性光藕設(shè)計(jì)了輸出電壓采樣電路 。 70年代開始研制無工頻降壓變壓器開關(guān)電源是第二代，因效率不夠高、開關(guān)頻率低、電路復(fù)雜、調(diào)試?yán)щy而難于推廣，使之應(yīng)用受到限制。早期，由于數(shù)字器件的性能、價(jià)格等因素的限制，數(shù)字控制技術(shù)在開關(guān)電源中用得較少。所有這些，都為開關(guān)電源推廣與普及提供了必要條件。 2 開關(guān)電源設(shè)計(jì)的技術(shù)基礎(chǔ) 一般而言，凡用半導(dǎo)體功率器件作為開關(guān)，將一種電源形態(tài)轉(zhuǎn)變成為另一種形態(tài)的主電路都叫做開關(guān)變換器電路，轉(zhuǎn)變時(shí)用自動(dòng)控制閉環(huán)穩(wěn)定輸出并有保護(hù)環(huán)節(jié)則稱開關(guān)電源。所以在對(duì)開關(guān)電源要求性能不是很高的情況下得 到廣泛的應(yīng)用。圖 (B)中 Tr 的導(dǎo)通時(shí)間是鋸齒波電壓發(fā)生器的復(fù)位點(diǎn)和正向鋸齒波與誤差電壓交點(diǎn)之間的時(shí)間。具有 PFM 控制的開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)框圖如圖 29 所示。目前 PFM 控制方式在開關(guān)電源中使用己經(jīng)比較普遍，可以實(shí)現(xiàn)快速的上升時(shí)間和輸出電壓超調(diào)量的消除，具有以下優(yōu)點(diǎn) :具有較小的靜態(tài)電壓，靜態(tài)功耗很小，在輕負(fù)載時(shí)的輸入電流比 PWM 控制小 10 至 100 倍，效率很高，工作頻率高，頻率特性好，電壓調(diào)整率高。采用 PFMPWM 混合控制方式的開關(guān)電源，當(dāng)輸入電壓較低時(shí)執(zhí)行 PWM 控制模式 。隨著大規(guī)模集成電路 ASIC、現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯器件 FPGA 及數(shù)字信號(hào)處理器 DSP 技術(shù)的發(fā)展，開關(guān)電源的控制逐漸由模擬控制轉(zhuǎn)向數(shù)字控制，即向數(shù)字化方向發(fā)展。 (4)控制系統(tǒng)的可靠性提高，易于標(biāo)準(zhǔn)化。 以圖 211所示的單片機(jī)控制開關(guān)電源結(jié)構(gòu)框圖為例簡(jiǎn)要說明單片機(jī)控制的工作原理。但是控制電路由于要用多個(gè)芯片，電路比較復(fù)雜 。得到逆變器當(dāng)前工作的基準(zhǔn)電壓信號(hào)，經(jīng)過電壓電流調(diào)節(jié)器獲得實(shí)際的正弦調(diào)制信號(hào)，與 DSP 定時(shí)器產(chǎn)生的三角波載波信號(hào)相交截，輸出帶有一定死區(qū)的驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)，經(jīng)驅(qū)動(dòng)單元進(jìn)行隔離放大后送到 IGBT。它的控制過程與單片機(jī)控制過程一樣，只是運(yùn)算功能更加強(qiáng)大，解決了單片機(jī)動(dòng)態(tài)響應(yīng)不足的缺點(diǎn)。比如 :單片機(jī)與 CPLD 的組合、 DSP與 CPLD 的組合和 DSP 與 FPGA 的組合等。其控制規(guī)律為 : ?????? ??? ?ttDp dtdeTteTteKtu01)()(1)()( (22) 或?qū)懗蓚鬟f函數(shù)的形式 : ?????? ???? STSTKsE sUsG Dp111)( )()( (23) 式中 :KP比例系數(shù)， Tl積分時(shí)間常數(shù)， TD微分時(shí)間常數(shù) 圖 214 模擬 PID 控制系統(tǒng)原理 PID 控制器各校正環(huán)節(jié)的作用如下 : ○ 1 比例環(huán)節(jié) :即時(shí)成比例地反映控制系統(tǒng)的偏差信號(hào) e(t)，偏差一旦產(chǎn)生，控制器立即產(chǎn)生控制作用，以減少偏差，提高控制精度。數(shù)字 PID 控制算法又分為位置式 PID控制算法和增量式 PID 控制算法。 圖 217 模糊控制結(jié)構(gòu)原理圖 皖西學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 控制算法的選擇 在眾多的智能控制策略中，模糊控制策略被認(rèn)為是開關(guān)變換器中最有效最優(yōu)的。 TMS320F2812 簡(jiǎn)介 DSP 芯片選用德州儀器的 信號(hào)處理器 TMS320F2812，現(xiàn)代數(shù)字開關(guān)電源的發(fā)展趨勢(shì)為高頻化、智能化、小型化和綠色化等，如開關(guān)頻率高達(dá) 50OKHz，甚至 1MHZ 的數(shù)字式開關(guān)電源，普通的單片機(jī)是難以達(dá)到控制的需求，一般需要高性能數(shù)字信號(hào)處理器。 (2) 高速的模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) F2812 包括兩個(gè) 8 路 12 位 A/D 轉(zhuǎn)換器， A/D 轉(zhuǎn)換速度可達(dá) 200ns，具有自動(dòng)排序能力。每個(gè)中斷由儲(chǔ)存在其專用 RAM 模塊上的矢量 (可被用戶改寫 )支持，這些矢量可自動(dòng)被服務(wù)于該中斷 CPU 取用，取用矢量表和保存寄存器內(nèi)容只需 8個(gè) CPU 時(shí)鐘周期。 SPI 還 有延時(shí)傳送功能和一個(gè) 16級(jí)傳送 /接口 FIFO。進(jìn)而對(duì)開關(guān)電源的控制算法進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，將數(shù)字 PID 控皖西學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 制算法與模糊控制算法結(jié)合起來，設(shè)計(jì)了一種應(yīng)用于本反激式數(shù)字開關(guān)電源設(shè)計(jì)的模糊 PID控制算法。 =36W。線性光電禍合器由于具有良好的性能和抗干擾能力而被廣泛應(yīng)用于輸入和輸出信號(hào)需要電氣隔 離的場(chǎng)合。 輸出光電二極管 PDZ產(chǎn)生的輸出電流 : fpd iKI ?? 22 (32) 213 / pdpd IIK ? (33) 式中 :K1和 K2為輸入輸出光電二極管的電流傳輸比，其典型值為 %，范圍為 %~%。主要應(yīng)用在逆變場(chǎng)合，出于成本的考慮，本設(shè)計(jì)選用了 一種簡(jiǎn)單隔離的 MOSFET 驅(qū)動(dòng)，采用了光耦 TLP250 實(shí)現(xiàn)隔離和功率放大功能，其電源電壓輸入范圍 10~35V，輸出電流士 ，開通時(shí)間 微妙，隔離電壓大于 2500V，完全適合該應(yīng)用場(chǎng)合。該液晶模塊的使能信號(hào) E的周期 tcyc最小為 1500ns，使能信號(hào)脈沖寬度 PWEH、PWEL 最小為 7O0ns。該模塊共有 13 條信號(hào)線， RS是寄存器選擇，低電平選擇指令寄存器，高電平選擇數(shù)據(jù)寄存器。在DSP 系統(tǒng)中，采用 CPLD 芯片設(shè)計(jì)外圍接口電路主要是由于硬件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單。根據(jù)抑制千擾的程度， EMI 電源濾波器通常分為一般性能和高性能 (高階 )兩種電源濾波器。 (2) 開關(guān)電源的干擾信號(hào)特點(diǎn) 開關(guān)電源的干擾信號(hào)按傳導(dǎo)模式可分為共模干擾信號(hào)和差模干擾信號(hào)。將電路圖 39 分解為共模等效電路和差模等效電路，如圖 311 所示 （ A）等效共模電路 （ B）等效差模電路 皖西學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 圖 311 等效差模電路和共模電路 采用 A參數(shù)表示濾波器網(wǎng)絡(luò)， A 參數(shù)矩陣為： ???????22211211 aa aaA (38) 分別計(jì)算出圖 311濾波器網(wǎng)絡(luò)的 A 參數(shù)，并將其帶入插入損耗的最終計(jì)算公式得出單環(huán)共模插入損耗為 : ? ? )l g (20)()(lg10 222 LsLsyLyLsCM RRRRCLRLCRRIL ??????? ??? (39) 得出差模插入損耗為： ? ? ? ? )l g (20)()1()1((lg10 221221212222 LsxxexxLsexesxeLDM RRCCLCCRRLCLRCLRIL ??????????? ????? (310) 根據(jù)上述公式，可以得出電路參數(shù)與插入損耗的關(guān)系。 抗干擾措施 由于開關(guān)電源系統(tǒng)涉及強(qiáng)電和弱電，高速的 MOSFET 的頻繁切換，導(dǎo)致很高的 dv/dt 和di/di，二級(jí)管的反向恢復(fù)，在開關(guān)過渡過程引起很大的干擾，因此，主電路的布線要尤其注意，務(wù)必保證電流變換快速的環(huán)路面積最小，反饋線路務(wù)必 遠(yuǎn)離主電路，最好能正交布線。△ I 噪聲電壓對(duì)電路有以下危害 : (l)影響同一集成芯片內(nèi)其他門電路的正常工作。從抗干擾性考慮，本系統(tǒng)布線應(yīng)遵循的設(shè)計(jì)、工藝原則如下 : (l)滿足布線要求，布線時(shí)應(yīng)優(yōu)先考慮選擇單面板，其次是雙面板、多層板。高頻信號(hào)導(dǎo)線切忌相互平行，以免發(fā)生信號(hào)反饋或串?dāng)_，可在兩條平行線間增設(shè)一條地線。 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方案 本系統(tǒng)采用 TMS320F2812DSP 為控制核心，整個(gè)軟件編程以 C語言和匯編語言編程為主，采用模塊化設(shè)計(jì)，分別對(duì)主程序、 A/D 中斷程序流程和輔助功能如 (LCD)顯示程序進(jìn)行了設(shè)計(jì)。 皖西學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 圖 312 主程序流程圖 A /D 中 斷 開 始讀 電 壓 信 息計(jì) 算 誤 差 和 誤 差 的 變 化 率查 模 糊 表 求 Δ k p ， Δ k i占 空