基于DSP的智能功放★_开关电源设计 (基于dsp的设计)

开关dianyuan电源以体积小，重量轻，功耗低，效率高，纹波小，噪声低，智能化程度高，易扩容等，逐渐替代工频dianyuan电源，广泛应用于各种电子设备。高可靠性、智能化及数字化是开关dianyuan电源的发展方向。音响功放要求dianyuan电源随着负载变化自动调整输出电压，进而调节功率，以提高dianyuan电源动态性能，降低音响功放内部损耗，但目前的开关dianyuan电源无法实现。选用TMSF型DSP作为功放开关dianyuan电源的主*，设计一种低功耗。适用于大型功放*的新型的智能功放开关dianyuan电源。智能功放开关dianyuan电源设计　　图1为智能音响功放开关dianyuan电源的总体原理框图，主电路采用交一直一交一直的结构。输入工频V交流电路经滤波电路后，再经单相桥式整流电路输出直流电压；变换电路采用全桥移相逆变电路将前端直流电变换为高频的交流电．然后经二次整流滤波输出稳定的直流电压；检测电路对输出电压信号采样后，送入控制电路，通过改变控制电路输出脉宽占空比来调节输出电压；保护电路实现过压和过流保护；功率检测电路对变换电路电流采样，当输出功率超过W时，产生过功率检测信号，驱动控制电路，降低输出电压：辅助dianyuan电源电路为控制电路和各种运放供电。

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1.功放开关dianyuan电源模块　　图2是功放开关dianyuan电源的主电路，其中Vin是V交流输入经前端滤波和全波整流得到，电压为V。为全桥逆变电路的输入电压。VQ1、VQ2、VQ3、VQ4为IRFP型大功率MO长虹SFET，用作变换器开关管。由于IRFP型MO长虹SFET是多数载流子器件，开关速度极快，开通和关断时间的典型值一般ns，具有较高的击穿电压和较大的工作电流。此外，MO长虹SFET的输入阻抗高，驱动电路较简单，只要在栅源之间加V左右的电压，就可使其饱和导通。L4、C5、C6构成辅助谐振网络，考虑到变压器原边漏感，谐振电感LT的取值一般比实际值小，这里选用电感值为μH的非线性饱和电感1μF的，考虑到高频脉冲变压器T1磁饱和问题，原边绕组串接防偏磁电容，VD和VD，VD和VD分别为全波整流二极管，L1、C、EC1、EC2和L2、C、EC3、EC4分别为+V和-V输出回路的滤波电路。

2.功放开关dianyuan电源模块控制电路　　该控制电路以DSPTFMSF为核心，主要包括产生移相脉冲波形、实时采样、功率调节、过压保护、过流保护、过功率保护、滤波算法和全桥移相算法等功能。采用TMSF内置的路位高分辨率A／D转换电路实现电压、电流实时采样．每通道的最小转换时间为ns，A／D转换电路的输入信号电平范围为0～3V。采样后，通过软件编程调整驱动全桥逆变器开关管的PWM波形移相角，实现稳压，同时当输出电压、电流过高或欠压时，DSP调用相应的子程序处理突发异常事件，起到保护作用。同时通过A／D采样输出电压电流信号进行运算，可精确测量输出功率，并调整事件管理器相关寄存器的值来调节输出电压。　　*的动态特性和稳压精度等性能与调节器设计密切相关。在功放开关dianyuan电源的设计中，采用增量式PID控制算法。　　dianyuan电源设计中的数字控制均采用数字采样控制，即根据采样时刻的偏差值计算控制量。PID控制的离散形式为：

　　式中，Ts为采样周期。　　式(1)为是位置式PID控制算式。为增加控制*的可靠性，采用增量式PID控制算式，即DSP只输出控制量u(k)的增量，式(1)是第K次PID*的输出量，那么(K-1)次PID*的输出量为：

　　因此，增量式PID控制算法为：

　　式(3)和式(4)就是该控制程序的增量式PID控制算式。增量式PID控制与位置式PID控制相比仅算法不同，但它只输出增量，减少了DSP误*作时对控制*的影响，而且不会产生积分失控。图3为基于TMSF的PID*的实现框图。

3.功放开关dianyuan电源的软件设计　　基于DSP的功放开关dianyuan电源的软件设计主要实现以下功能：　　(1).全桥移相脉冲的产生利用TMSF事件管理器中两个比较单元直接输出电路脉冲。从移相基本原理来看，滞后桥臂相对于超前臂之间的驱动有一个周期性延时，其延时角即为移相角。设定由比较单元1输出的PWM1／PWM2分别驱动超前臂开关管VQ1、VQ3，由比较单元2输出的PWM3／PWM4驱动滞后臂开关管VQ4、VQ2。每个桥臂上下两管之间的驱动脉冲互补且带死区，固定超前桥臂的驱动在每周期的0时刻发出，则只要延迟移相角φ对应的时间，再发生比较事件则可得到滞后桥臂的驱动脉冲，从而实现0°～°范围内的*移相。

　　(2).过压、过流、过功率的检测和保护基于DSP的功放开关dianyuan电源具有过压、过流、过功率、过热等保护功能。发生异常时．*进入异常中断服务子程序进行处理，并及时闭锁PWM输出。为防止误动作，设定连续读取个异常信号才认定为电路异常，否则不处理。各模块程序流程如图4～图6所示。

4.实验结果　　依据前面的分析设计一台样机，开关频率为kHz，输出电压为±V和±V。对基于DSP控制音响功放开关dianyuan电源进行带载实验，在轻载和重载条件下，输出电压纹波系数小于0．5％，输出电压精度小于O．5％。

　　图7为DSP的移相波形。其中，通道1为比较单元1的PWM1输出，为超前桥臂；通道2为比较单元2的PWM3输出。从图7可清楚看到通道2滞后通道1约°。图8为滞后桥臂零电压开通临界波形，输入电压约为V，输出功率为W。图8中通道1为功率MOS管栅源电压Vcs波形，通道2为功率MOS管漏源电压VDS波形。关断VDS时为V，由图8可看到VDS先降到0，然后Vcs上升。此时开通开关管为零电压开通。负载越重，零电压开通现象越明显。在输出功率W时，输入功率为W，全桥移相变换器的转换效率为．9％。　　实验结果表明：基于DSPTMSF的功放开关dianyuan电源输出波形良好，谐波含量少，可调节性优良，负载在全范围变化时，开关dianyuan电源能够保持良好的输出性能，而且由于采用全桥移相软开关变换器，开关管工作在零电压开关状态，因此整个dianyuan电源*的功耗小，在高端大功率功放音响中具有较好的应用前景。5.结论　　将DSP作为音响功放开关dianyuan电源的控制核心，实现了开关dianyuan电源的数字控制，克服模拟控制*中元件老化、热漂移等问题，并解决单片机控制电路负载、运算精度不高的问题。把全桥移相电路运用在音响功放开关dianyuan电源中，有效地降低功放开关dianyuan电源的内部损耗，使其应用于大功率音响功放*。　　利用TMSF的软件硬件资源，实现PWM控制、滤波、采样及各种*保护功能，简化控制电路，提高dianyuan电源设计和制造的灵活性；另外该*可控性好，易扩展，容易升级维护。