目前,開關電源以具有小型、輕量和高效的特點而被廣泛應用于以電子計算機為主異的各種終端設備和通信設備中,是當今電子信息產業飛速發展不可缺少的一種電源方式.與之相應,在微電子技術發展的帶動下,DSP芯片的發展日新月異,功能日益強大,性價比不斷上升,開發手段不斷改進,其處理速度比CPU快10～15倍,因此基于DSP芯片的開關電源可以說是天作之保,擁有著廣闊的前景,可用于選進的機載電源中,也是開關電源今后的發展趨勢.

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　　1 PWM型開關電源原理

　　PWM型開關電源的結構框圖如圖1所示.

　　市電信號經過輸入濾波和整流濾波后實現AC/DC轉換,將電網交流電直接整流為較平滑的直流電,以供下一級變換;再經過逆變器后實現DC/AC轉換,將整流后的直流電變為交流電,這是PWM型開關電源實現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,根據負載需要,提供穩定可靠的直流電源.

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　　2 PWM控制原理

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

　　EAB=TON|T×E (1)

　　式中,TON為開關每次接通的時間,T為開關通斷的工作周期(即開關拉通時間TON和關斷時間TOFF之和).由

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式(1)可知,開關接通時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,隨著負載及輸入電源電壓的變化自動調整TON和T的比例,便能使輸出電壓V0維持不變.改變接通時間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制方式(PWM),用來實現對電壓幅值頻率的控制.

　　3 DSP芯片TMS320LF2407簡介

　　TMS320系列DSP的體系結構是專為實時信號處理而設計的,該系列DSP集實時處理能力和控制外設功能于一身,為實現控制系統提供了理想的解決方案.

　　TMS320LF2407在TMS320 系列的基礎上有以下特點[2]:

　　(a) 高性能10位模/數轉換器(ADC)的轉換時間為500ns,提供多達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) 具有兩個事件管理器模塊EVA和EVB,每個均可提供兩個16位通用定時器和八個16位的PWM通道.

　　(d) 高達24K的FLASH程序存儲器.

　　(e) 可擴展外部存儲器.

　　(f) 五個外部中斷(兩個驅動保護、復位和兩上可屏蔽中斷).

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　　4 利用TMS320LF2407實現SPWM

　　4.1 SPWM控制的基本原理

　　所謂SPWM即PWM中脈沖寬度按正弦規律變化.由采樣理論:沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環節上,其效果基本相同可知,為了在輸出端得到正弦波,就需要輸出一系列幅值相等而寬度不等的矩形波.采用三角載波的規則采樣法,就可以得到寬度按正弦規律變化的矩形波.如圖3所示,每個脈沖的中點都以相應的三角波的中點對稱,在三角載波的負峰時刻TD對正弦波采樣得到D點,過D點作一水平直線和三角波分別交于A點和B點,在A點時刻tA和B點時刻tB控制功率器件的通斷.可見AB長度即為脈沖寬度,由圖可得如下關系式:

　　AB=Tc(1+sinωctD)/2 (2)

　　根據這一關系式可知,如果一個周期內有N個矩形波,則第I個矩形波的占空比為:

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　　4.2 利用TMS320LF2407實現SPWM控制

　　這里以EVB中的通用定時器3及與之相關的比較單元為例來說明實現SPWM控制的過程.