基于DSP的軟件脈寬調(diào)制型蓄電池充電器開關(guān)電源

[摘要] 提出一種基于DSP的新型蓄電池充電器開關(guān)電源，由DSP取代了單片機(jī)，同時還承擔(dān)脈寬調(diào)制，取消了一般開關(guān)電源中的脈寬調(diào)制集成電路。由于DSP能夠?qū)﹂_關(guān)電源進(jìn)行充分地控制，因而也取消了充電功率控制電路。器件的簡化能夠降低成本，減少功耗，提高設(shè)備的可靠性。
關(guān)鍵詞蓄電池充電器開關(guān)電源無脈寬調(diào)制IC DSP
1 引言
就目前廣泛使用的鉛酸蓄電池而言，人們在多年研究的基礎(chǔ)上，曾提出多種充電規(guī)范，引，但各種充電規(guī)范對充電電源的要求卻可以歸納為只有兩點(diǎn)：能夠維持充電電壓恒定，維持充電電流恒定。例如，有的規(guī)范將充電過程分為“快充期”、“慢充期”和“涓流充電期”，在“快充期”要求維持比較大的恒定充電電流，在“涓流充電期”要求維持一個較小的充電電流，在“慢充期”則要求維持某個恒定的充電電壓值。所以充電電源只要有了恒流和恒壓的功能，就可以執(zhí)行各種不同的充電規(guī)范。
2 蓄電池充電電源的結(jié)構(gòu)

按這個思路研制成功如圖2所示的一種新型蓄電池充電器開關(guān)電源（以下簡稱新型電源）。其中，由DSP取代了單片機(jī)，將功能進(jìn)行合并：由DSP承擔(dān)脈寬調(diào)制，取消了專用脈寬調(diào)制；由于DSP能夠?qū)﹂_關(guān)電源進(jìn)行比脈寬調(diào)制IC更充分地控制，因而充電功率控制部分控制電路也取消了。器件的簡化，不但能夠降低成本，而且能夠消除充電功率控制所造成的功耗，同時提高了設(shè)備的可靠性。取消脈寬調(diào)制IC能夠減少印制電路面積和相關(guān)的阻容件數(shù)量；更重要的是，以DSP的程序方式實(shí)現(xiàn)脈寬調(diào)制與專用脈寬調(diào)制IC相比，******的優(yōu)點(diǎn)是靈活性，不受專用IC的固有功能限制；經(jīng)過擴(kuò)充適當(dāng)?shù)挠布?，還能夠進(jìn)一步將功率因數(shù)校正功能（PFC，目前正在研制中）納入DSP的管理之中。

3 DSP56F802性能簡介
DSP56F802是Motorola公司新近研制的16位DSP型單片機(jī)DSP56F800系列中的最簡版，除了具有一般DSP的強(qiáng)大數(shù)字信號處理功能外，56F802內(nèi)部還集成了豐富的硬件資源，其中：分辨能力為12位二進(jìn)制的5個通道的A／D轉(zhuǎn)換器用于采樣電池的端電壓和充／放電電流；按控制電動機(jī)設(shè)計的具有6通道輸出的脈寬調(diào)制模塊PWMA，能夠推動C1815等小功率三極管。這兩點(diǎn)保證了56F802可以方便地取代脈寬調(diào)制IC。
4 脈寬調(diào)制功能的DSP程序?qū)崿F(xiàn)
TIA94是一種獲得廣泛應(yīng)用的脈寬調(diào)制IC，有關(guān)其電氣性能、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和應(yīng)用時的外部附加電路等，詳見文獻(xiàn)[6]。按圖4的電路，56F802能夠?qū)崿F(xiàn)原來TI494的脈寬調(diào)制功能，且阻容器件大為減少。振蕩周期、死區(qū)時間、占空比和2個通道的PWM輸出的控制等，也都由程序來實(shí)現(xiàn)。為保證穩(wěn)定性和必要的動態(tài)響應(yīng)特性，56F802還執(zhí)行著比例—積分運(yùn)算，因而還兼任著校正頻率特性的工作。
關(guān)于編程方面，可以參考文獻(xiàn)[5]，主要是解決下面一些具體操作問題。
首先必須進(jìn)行的一項操作是對使用的PWMA設(shè)置工作方式和初始化“用戶重載中斷服務(wù)函數(shù)”。
56F802的PWMAl和PWMA2的2路脈沖輸出之間相位差為180°，這是通過編程，修正計數(shù)值寄存器來實(shí)現(xiàn)的。
關(guān)于輸入誤差信號與輸出脈沖寬度的關(guān)系，原來TL494是以折線形式的函數(shù)關(guān)系，將輸入的誤差信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)寬度的脈沖輸出的；現(xiàn)在56F802以整數(shù)形式的運(yùn)算來實(shí)現(xiàn)相同的功能。
關(guān)于新型電源的PWM的閉環(huán)控制，是通過調(diào)用用戶重載中斷服務(wù)函數(shù)來實(shí)現(xiàn)的。用戶重載中斷服務(wù)函數(shù)每16個PWM重載時機(jī)運(yùn)行一次，在這個函數(shù)中又調(diào)用電流電壓采樣、誤差的比例積分運(yùn)算和輸出脈沖寬度計算等函數(shù)。在執(zhí)行充電規(guī)范的不同階段，可能要求輸出大小不同的恒定電壓值，或維持某一恒定的充電電流值。

5 基于DSP的蓄電池充電電源的性能實(shí)測
研制成功的新型電源的標(biāo)稱輸出電壓為48V。經(jīng)實(shí)際測量，這種新型電源的輸出電壓在標(biāo)稱電壓的115％～52％范圍內(nèi)變化時，設(shè)定電壓與實(shí)際輸出電壓之間的誤差不超過±0.5％，完全滿足了充電器的要求。電源的負(fù)載特性實(shí)際測量結(jié)果是：這種新型電源的從滿負(fù)荷開始，在負(fù)載變化至1／8負(fù)荷的情況下，輸出電壓變化不超過±0.5％，也完全滿足了充電器的要求。
6 結(jié)束語
本文介紹的基于DSP的新型蓄電池充電器開關(guān)電源，充分發(fā)揮了DSP的作用，可以對開關(guān)電源進(jìn)行多方面控制，并且能夠簡化器件，降低成本，減少功耗，提高設(shè)備的可靠性。本研究對于其他從事開關(guān)電源研制的人員也有參考價值。

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