基于DSP2812的便携式数字试验电源的研制

2015-07-26张祖伟刘明坤李玉庆南车青岛四方机车车辆股份有限公司山东青岛266111

山东工业技术 2015年4期

张祖伟,刘明坤,李玉庆（南车青岛四方机车车辆股份有限公司,山东　青岛　266111）

张祖伟,刘明坤,李玉庆
（南车青岛四方机车车辆股份有限公司,山东青岛266111）

针对机车车辆、电力设施与智能控制装置等检修时需测试其各种开关器件(如继电器、接触器)的性能，特研制以TMS320F2812DSP为控制核心，移相全桥ZVZCSPWM变换器为主电路拓扑，引入PI控制调节算法，采用电压外环电流内环的双闭环控制的试验电源。

ZVZCS变换器；试验电源；TMS320F2812

机车车辆、电力设施与智能控制装置的检修都需对其开关器件的性能进行测试，看其在允许范围内能否正常工作，本电源针对此项工作研制，既可以作为试验电源测试装置80%电源电压特性使用，又可作为测试继电装置的启动性能使用，还可作为开关电源使用，不仅降低了劳动强度和操作复杂性，而且大大提高了工作效率。

1　系统硬件设计

1.1技术参数

电源输入：单相交流220V±10%，50HZ；输出直流电压：0～120V；

输出电流：0～20A；开关频率：100KHZ；整机效率：η≥90%。

1.2主功率电路

主电路拓扑结构采用移相全桥ZVZCS变换器，由输入不可控整流滤波电路、ZVZCS逆变桥、高频变压器和全波输出整流滤波电路等组成，具有低损耗高效率的特性。输入的交流市电经EMI滤波器整流滤波得到脉动的直流电，经ZVZCSPWM变换电路[1]后再整流滤波得到所需的直流电。闭环控制回路由采样电路把采集到的电压电流信号送入DSP主控制器中，并与基准值比较，依据比较结果采用PI算法调节PWM信号输出，进而来控制功率开关管IGBT的开关，以此来达到输出稳定电压电流的目的。

1.3 控制电路

1.3.1采样电路设计

采用LEM公司LV28-P、LA28-NP霍尔传感器[2]。测电压时原边串联一个较大的电阻，从而把电压信号变成了电流信号，副边将会感应出相应电流，当副边电流通过采样电阻时产生压降，进而映射出需检测电压或电流的大小，并实现了电气隔离。

1.3.2保护电路设计

本设计由输出过压和过流保护、输入欠压保护和过热保护等组成。保护信号如有一路发生异常，光耦隔离器TLP521的管脚“4”则由高变为低电平，进而TMS320F2812[3]的管脚“PDPINTA”（下降沿有效）电平被拉低，DSP产生中断，进而关断PWM输出保护电路。

2　软件设计

采用模块化程序设计，实现控制系统的全数字化。移相PWM脉冲的生成由事件管理EV模块全比较器完成。根据拓扑设计要求，驱动同一桥臂两个IGBT的脉冲信号180°互补[4,5]，且必须设置一定的死区时间，本变换器设置为0.8μS。前臂IGBT的脉冲信号超前于滞后臂一个移相角，且在闭环控制系统下0～180°内实时调整。开机系统初始化，对各寄存器进行赋值，初始化并设置比较单元，由A/D采样电路得到的电压电流信号反馈给TMS320F2812，调用PI算法子程序调节PWM占空比得到稳定电压和电流的目的，实现闭环控制。当有中断信号产生时，调用相应的中断子程序，中断执行完毕后，返回中断入口地址，继续执行原来的主程序。

3　实验结果

本设计的难点和重点在于软开关技术的实现，当超前臂实现ZVS、滞后臂实现ZCS时，整机效率才会有很大提高。

下图所示为超前臂实现零电压开关ZVS波形，当S1的门极驱动电压Vge到来时，开关管S1两端漏极电压Vce已经基本上降到零，实现了零电压开通；当门极驱动电压信号Vge关断时，漏极电压Vce已近似变为零，实现了零电压关断。图中的门极驱动电压Vge波形有些失真是因为使用隔离探头测量造成的结果。

2为滞后臂零电流开关ZCS波形，由于滞后臂两个开关管的电流不方便测试，所以直接测量原边电流波形来代替流过滞后臂IGBT电流波形。当门极驱动信号电压Vge到来时，原边电流已经为零，实现了零电流开通；当驱动信号Vge关断时，原边电流已经降低至零，实现了零电流关断。由于采用了饱和电感和隔直电容，滞后臂IGBT在开通和关断时，流过的电流接近于零，因此大大减小了其开关损耗。