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基于DSP的软件脉宽调制型蓄电池充电器开关电源

2006年11月07日 14:51来源:烟台勾股通信技术有限公司 >>进入该公司展台人气:816


[摘 要] 提出一种基于DSP的新型蓄电池充电器开关电源,由DSP取代了单片机,同时还承担脉宽调制,取消了一般开关电源中的脉宽调制集成电路。由于DSP能够对开关电源进行充分地控制,因而也取消了充电功率控制电路。器件的简化能够降低成本,减少功耗,提高设备的可靠性。
关键词 蓄电池充电器 开关电源 无脉宽调制IC DSP
1 引言
就目前广泛使用的铅酸蓄电池而言,人们在多年研究的基础上,曾提出多种充电规范,引,但各种充电规范对充电电源的要求却可以归纳为只有两点:能够维持充电电压恒定,维持充电电流恒定。例如,有的规范将充电过程分为“快充期”、“慢充期”和“涓流充电期”,在“快充期”要求维持比较大的恒定充电电流,在“涓流充电期”要求维持一个较小的充电电流,在“慢充期”则要求维持某个恒定的充电电压值。所以充电电源只要有了恒流和恒压的功能,就可以执行各种不同的充电规范。
2 蓄电池充电电源的结构

 


 

按这个思路研制成功如图2所示的一种新型蓄电池充电器开关电源(以下简称新型电源)。其中,由DSP取代了单片机,将功能进行合并:由DSP承担脉宽调制,取消了脉宽调制;由于DSP能够对开关电源进行比脉宽调制IC更充分地控制,因而充电功率控制部分控制电路也取消了。器件的简化,不但能够降低成本,而且能够消除充电功率控制所造成的功耗,同时提高了设备的可靠性。取消脉宽调制IC能够减少印制电路面积和相关的阻容件数量;更重要的是,以DSP的程序方式实现脉宽调制与脉宽调制IC相比,zui大的优点是灵活性,不受IC的固有功能限制;经过扩充适当的硬件后,还能够进一步将功率因数校正功能(PFC,目前正在研制中)纳入DSP的管理之中。

 


 


 

3 DSP56F802性能简介
DSP56F802是Motorola公司新近研制的16位DSP型单片机DSP56F800系列中的zui简版,除了具有一般DSP的强大数字信号处理功能外,56F802内部还集成了丰富的硬件资源,其中:分辨能力为12位二进制的5个通道的A/D转换器用于采样电池的端电压和充/放电电流;按控制电动机设计的具有6通道输出的脉宽调制模块PWMA,能够推动C1815等小功率三极管。这两点保证了56F802可以方便地取代脉宽调制IC。
4 脉宽调制功能的DSP程序实现
TIA94是一种获得广泛应用的脉宽调制IC,有关其电气性能、内部结构和应用时的外部附加电路等,详见文献[6]。按图4的电路,56F802能够实现原来TI494的脉宽调制功能,且阻容器件大为减少。振荡周期、死区时间、占空比和2个通道的PWM输出的控制等,也都由程序来实现。为保证稳定性和必要的动态响应特性,56F802还执行着比例—积分运算,因而还兼任着校正频率特性的工作。
关于编程方面,可以参考文献[5],主要是解决下面一些具体操作问题。
首先必须进行的一项操作是对使用的PWMA设置工作方式和初始化“用户重载中断服务函数”。
56F802的PWMAl和PWMA2的2路脉冲输出之间相位差为180°,这是通过编程,修正计数值寄存器来实现的。
关于输入误差信号与输出脉冲宽度的关系,原来TL494是以折线形式的函数关系,将输入的误差信号转换为相应宽度的脉冲输出的;现在56F802以整数形式的运算来实现相同的功能。
关于新型电源的PWM的闭环控制,是通过调用用户重载中断服务函数来实现的。用户重载中断服务函数每16个PWM重载时机运行一次,在这个函数中又调用电流电压采样、误差的比例积分运算和输出脉冲宽度计算等函数。在执行充电规范的不同阶段,可能要求输出大小不同的恒定电压值,或维持某一恒定的充电电流值。

 

5 基于DSP的蓄电池充电电源的性能实测
研制成功的新型电源的标称输出电压为48V。经实际测量,这种新型电源的输出电压在标称电压的115%~52%范围内变化时,设定电压与实际输出电压之间的误差不超过±0.5%,*了充电器的要求。电源的负载特性实际测量结果是:这种新型电源的从满负荷开始,在负载变化至1/8负荷的情况下,输出电压变化不超过±0.5%,也*了充电器的要求。
6 结束语
本文介绍的基于DSP的新型蓄电池充电器开关电源,充分发挥了DSP的作用,可以对开关电源进行多方面控制,并且能够简化器件,降低成本,减少功耗,提高设备的可靠性。本研究对于其他从事开关电源研制的人员也有参考价值。

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