摘 要

本文提出了基于DSP的智能双路电源设计方案，对其主电路、驱动电路及控制和保护电路进行了分析设计，以TMS320LF2407A DSP的强大数据处理能力作为根据，将事件管理器和ADC模块等运用于数字电源中，通过对模拟PID控制进行数字化完善产生PWM信号，取代一般的脉宽调制电路驱动功率开关管。

设计通过两路AC-DC-AC-DC拓扑网络并联供电，将220V 工频交流电转化为100V高效直流电压，输出总电流在10~20A之间可调，单一电路输出电流在5~15A变化，能够使负载功率达到1500W的额定功率。由于两路电源分别进行了电压电流双闭环控制，两路电源电压稳定、电流可控，借助DSP的数据处理功能，最终实现两个模块的电流可按照几组指定比例自动分配。此外系统设计了电流保护部分，提高了系统工作的稳定性,并且具备了一定的抗干扰能力。

本文对原理相同的两个单路电源进行了硬件电路分析设计和仿真，包括AC-DC-AC-DC电路、驱动放大电路和电流电压信号采样电路；并对DSP主要模块进行了程序设计，可实现电压电流双闭环PID控制与PWM波的数字化、智能化。控制电路的去繁化简，使得系统稳定性得到了一定提高。

关键字：PID控制；TMS320LF2407A DSP；并联电源；电流比例控制

ABSTRACT

This paper presents the design of DSP-based intelligent dual power.By means of powerful computing capabilities of the TMS320LF2407A DSP, the design conceded digital consummate on PID control to produce PWM signal which replaced the normal pulse width modulation circuit using event in digital power management and ADC module,.The system is composed of parallel power circuit module,signal driving module and control circuit module.The 220V frequency alternating current is converted to 100V DC voltage efficiency, output current is adjustable between 10 ~ 20A.The design is going to transform the parallel 220V AC into single 100V DC in terms of AC-DC-AC-DC parallel power supply which could enables load power satisfy 1000W rated power.In addition，the anti-interference design of the system could insure its better anti-interference ability and to guarantee its reliability．

In this paper, on which the single power supply of the hardware design and simulation, including AC-DC-AC-DC circuit, driver amplifier and current voltage signal sampling circuit; and DSP main modules of the program designed to achieve voltage and current double closed loop PID and PWM wave of digital, intelligent. It simplifies the control circuit to improve the stability of the system.

Key Words：PID control；TMS320LF2407A DSP；power supply in parallel；current proportional control

目录

第1章绪论 4

1.1设计背景 4

1.2设计整体思路 5

1.2.1功率主电路结构 6

1.2.2DSP芯片选择 7

1.2.3控制策略选择 7

第2章双路电源硬件设计 9

2.1主电路拓扑结构设计 9

2.1.1AC/DC变换 9

2.1.2带中间环节的DC/DC变换 9

2.1.3输出电压滤波 10

2.2驱动电路设计 12

2.3信号采集电路 13

2.4硬件仿真 14

第3章DSP在智能双路电源中的应用 17

3.1模拟控制与数字控制 17

3.2TMS320LF2407A DSP概述 17

3.3DSP控制电源的设计方法 18

3.4PWM波产生 19

3.5ADC采样 20

3.6中断 20

第4章 系统控制算法与软件实现 22

4.1电压电流双闭环控制与数字控制模型 22

4.2 数字PID控制理论与计算 23

4.2.1 PID控制原理 23

4.2.2 PID算法改进 24

4.3程序控制流程及部分程序 25

结束语 29

参考文献 30

附录 31

附录1功率主电路及电流检测电路 31

附录2开关管驱动电路及电压检测电路 32

附录3DSP接线图 33

致 谢 34

第1章绪论

1.1设计背景

日常生活中很多场合电源供应的要求很高，部分家用电器、教学设备、医疗设备、国防军事中的精密仪器等许多设备都无法直接使用工频交流电，而需要电压稳定的直流电。在这些领域设备中又常需要备用电源或者双路电源并联如UPS（不间断电源系统），能够应对突发停电并不间断供电一段时间，确保了设备的正常运行。而采用双路电源不仅可以扩充容量，实现负载大功率电路，还有不错的容错效果即当两路电源中的某一电源模块断电后，系统仍然可以提供输出电压电流，以保障负载不掉电。

开关电源中主要的组成部分有：PWM控制电路、功率开关管组成的拓扑结构、变压器和反馈部分，与线性电源相比，开关电源受环境因素影响小、输出精度高、转换效率高，性价比高。最重要的是开关电源体积小可使在大范围应用方面有着得天独厚的优势，主要在于相比线性电源开关电源大幅缩小了变压器的体积和重量，这是因为开关电源的变压器一般工作在高频条件下，而线性电源工作在低频状态下（50HZ及以下）需要满足空间和质量的要求。另一方面绝缘栅双极性晶体管即IGBT和智能IGBT模块（IPM）的应用这也缩小了整个电子系统的体积和重量。理论分析和实际情况反馈得到：电源装置工作频率越大，所需变压器、电感和电容的体积重量越小，反之工作频率越小相应元器件的体积和重量越大。举例说明，假设普通电源的供电频率从工频50Hz上升到20KHz，开关电源的体积和重量可以下降约10％，最重要的是材料单节约可达80％或更高，同时节约电能40%或更多。开关电源代替线性电源将是毋庸置疑的时代趋势和科技进步，高可靠性、智能化及数字化则是高频开关电源的发展趋势。

并联双开关电源，输出电压稳定，电流能够按照设定比例分流，能量利用效率高，体积小易携带，在许多通讯场合。它的主要优点有扩充电源容量，实现负载大功率电源系统；另一方面通过冗余实现容错功能，即当某电源模块失效时，系统还可以提供负载功率，实现电源系统的不间断供电。