基于DSP的智能電源系統設計

　　摘要： 介紹了一種基于DSP 的智能電源管理系統設計和實現方案。本系統以TI 公司的TMS320LF2407A DSP 為控制核心，主要由信號采集模塊，電路調理模塊，DSP 處理模塊，顯示模塊，鍵盤模塊，DC-DC 并聯供電模塊和輔助供電模塊等組成。設計采用BUCK 降壓變換電路實現DC /DC 變換，設計和制作了高效率的兩路DC-DC 變換器并聯供電，此并聯供電系統能夠將36 V 直流電壓轉化為12V 直流電壓，允許電流達到20 A 長時間工作，并且兩個并聯開關電源模塊的電流可按照默認分流比例分流和控制分配比例分流兩種模式工作。另外系統進行了抗干擾設計，使其具有較好的抗干擾能力，保證系統可靠工作。

　　0 引言

　　隨著社會和經濟的發展，對電源的質量和可靠性要求越來越高，在很多關鍵的應用場合，比如說地鐵站、醫院等電源供應不能有絲毫的差錯，否則會帶來嚴重的、甚至是災難性的后果。所以在很多關鍵的地方，都設有備用電源或雙路電源并聯供電，如UPS（ 不間斷電源系統） 。雙路電源并聯供電的優點主要有兩個： ① 擴充容量，實現大功率電源系統，② 通過冗余實現容錯功能，即當某電源模塊失效時，系統還可以提供負載功率，實現電源系統的不間斷供電。

　　但是，傳統的雙路電源并聯供電方式有其自身的局限性，比如： ① 靈活性差，在雙路電源都在線工作時不能實現工作電流的獨立控制； ② 不能有效實現節能，例如在野外，太陽能和風能資源非常豐富，我們完全可以以這種綠色能源為主，其他供電方式為輔，為一些在野外工作的關鍵設備供電。但是有時太陽能和風能產生的電力不足以維持設備的正常運行，如果用電池儲存，電池容量有限，完全舍棄不用，直接采用備用電源又有些可惜?；诖嗽O計并實現了一種新型供電系統。實現并聯電源的電流可按照默認分流比例分流或控制分配比例分流兩種模式工作［3］。這樣就避免了上述存在的問題，下面以一雙通道直流電源為例介紹其實現原理和方法。

　　1 方案設計與論證

　　設計一個安全可靠、低成本、輸出功率為200 W的12 V 直流并聯供電系統應用于野外現場。系統能滿足當負載改變時，輸出電壓基本不變。并聯供電系統輸出電流可按照一定比例自動分配電流，每個模塊的輸出電流的相對誤差絕對值不大于5%.具體要求如下： ① 負載改變時，保持輸出電壓不變，使負載電流Iout在10 ~ 20 A 之間變化時，兩個模塊的輸出電流可在5 ~ 15 A 范圍內按指定的比例自動分配，每個模塊的輸出電流相對誤差的絕對值不大于2%.② 額定輸出功率工作狀態下，進一步提高供電系統效率。③ 具有負載短路保護及自動恢復功能，保護閾值電流為20A（ ± 0. 2 A 的偏差） ，系統總體組成框圖如圖1 所示。

　　1. 1 核心處理器方案選擇

　　DSP 具有運算速度快、支持浮點運算、測量精度高、抗干擾能力強的優點。DSP 器件采用改進的哈佛結構，具有獨立的程序和數據空間，可以同時存取程序和數據。內置高速的硬件乘法器，增強的多級流水線，使DSP 器件具有高速的數據運算能力。DSP（ TM320LF2407A） 自帶的幾路12 位A/D 轉換能夠實現設計要求的精度，DSP 器件還提供了高度專業化的指令集，提高了FFT 快速傅里葉變換和濾波器的運算速度。另外該DSP 器件還具有高速、同步串口和標準異步串口?；谝陨显蛭覀儾捎靡訢SP（ TM320LF2407A） 為核心的控制器。

　　1. 2 主電路DC-DC 變換器選擇

　　采用BUCK 變換電路，此電路體積小，電路相對于單端反激變換電路更加簡單，效率相對于單端反激變換電路會更高，少了很多可以增加損耗的地方而且不用繞制變壓器，減少了損耗與變壓器噪聲等問題，故選擇此方案。

　　1. 3 開關管的選擇

　　選擇場效應管IR2125 作為開關管，此管子導通壓降低且導通電阻僅有幾十毫歐，損耗相對于IGBT 作為開關管的方案要小很多，因此我們選擇此方案。

　　1. 4 控制策略選擇

　　本設計采用電壓、電流雙閉環PI 調節的方式控制輸出電壓，并使其開關電源并聯供電能夠按照預設比例進行分流。我們用小電阻采集兩個開關電源各自的電流信號和總體的輸出電壓信號，經過信號的調理傳送給DSP，采用PI 調節電流控制的方式進行分流調控，達到穩定輸出電壓分配輸出電流的效果。