一种高精度直流电源的设计

一种高精度直流开关电源的设计 的电压稳定。反之，Uo↓→Uf↓→F↓→Δ↓→T2CMPR↓→D↑→Uo↑，同样使输出电压稳定。

PWM占空比调整流程图如图4.4所示

读取A/D转换控制器ADCTRL2和DACFLFO1，确认当前结果寄存器的状态 读取结果寄存器ADCFIFO1中经A/D 转换后的反馈电压Uf的二进制值F 与基准值F0比较取差值△ 按一定比例K（K>0）， 改变16位通用定时比较寄存器T2CMPR的值 改变输出PWM波形的占空比

图4-4 PWM占空比调整流程图

4.3 PWM的PID算法

该控制电路以TMS320LF2407为核心，主要包括产生PWM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、滤波算法等功能。采用TMS320LF2407内置的16路12位高分辨率A/D转换电路实现电压实时采样，每通道的最小转换时间为80ns,A/D转换电路的输入信号电平范围为0~3V。采样后，通过软件调整驱动MOSFET功率开关管的PWM波形占空比，实现稳压，同时当输出电压过高或欠压时，DSP调用相应的子程序处理突发异常事件，起到保护作用。不仅如此通过A/D采样输出电压信号进行运算，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。

控制器的动态特性和稳压精度等性能与调节器设计密切相关，在功放开关电源的设计中，采用增量式PID控制算法。

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：

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一种高精度直流开关电源的设计 KTu(k)?KPe(k)?PSTI?e(i)?KPTDi?0Ke(k)?e(k?1)

TS式中，Ts为采样周期。式（4-1）为位置式PID控制算法。为增加控制系统的可靠性，采用增量式PID控制算式，即DSP只输出控制量U(k)的增量，式（4-1）是第K次PID控制器的输出量，那么（K-1）次PID控制器的输出量为：

KPTSu(k?1)?KPe(k?1)?TIe(k?1)?e(k?2)e(i)?KPTD?TSi?0

KPTSe(k)?2e(k?1)?e(k?2)e(k)?KPTDTITSK?1因此，增量式PID控制算法为：

?u(k)?KP(e(k)?e(k?1))??Ae(k)?Be(k?1)?KPTDCe(k?2)TSA=KP?式中，

KPTSKPTD2KPTDKT?，B=-KP-，C=PD。TITSTSTS

式(4-3)和式(4-4)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误操作时对控制系统的影响，而且不会产生积分失控[17]。增量式PID控制系统框图如图4.5所示

r(K) + e(K) C(K) — PID增量算法 PWM 控制 PWM计数器 被控 对象 A/D采样

图4-5增量式PID控制系统框图

第五章 系统的抗干扰措施

和线性开关电源相比，开关电源在重量、体积和效率等方面都显著的优势。

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一种高精度直流开关电源的设计 但是开关电源的最大缺点是容易产生噪声和干扰，这种噪声和干扰不仅影响电源本身的正常工作,还会影响邻近的电子设备。噪声叠加在输出端口影响负载的工作,传到电网影响连接到电网的其它设备工作。因此，抑制开关电源本身的电磁噪声，同时提高对电磁的抗扰性，以保证电子设备能够长期安全可靠地工作。

5.1 电源的噪声及抑制措施

5.1.1噪声的来源

开关电源的噪声一般分为两大类：一是开关电源内部元器件形成的干

扰，二是由于外界因素影响而使开关电源产生的干扰。外界因素产生的干扰又可分为人为因素和自然因素。如发射机和其它电子设备形成的干扰为人为因素干扰,雷击等形成的干扰为自然因素干扰。上述两大类干扰相比较,开关电源内部元件形成的干扰是主要的。开关电源内部干扰主要由整流器和功率变换电路中的元器件产生：

1．输入整流电路：产生电磁干扰最常见的原因。输入整流电路通常由整流二极管加滤波电容组成,整流管只有在输入电压超过电容上的电压时才导通,所以输入整流回路的电流不再是单一频率的正弦电流,而是有着丰富的高次谐波的脉冲电流。特别是高次谐波2会沿着输电线路产生传导干扰和辐射干扰,使前端电流发生畸变,一方面使接在其前端电源线上的电流波形发生畸变,另一方面通过电源线产生射频干扰。

2．开关管：在开一关翻转过程中,在微妙量级上升、下降时间内的大电流变化所产生的射频能量已成为噪声的主要来源。由于频率较高,它以电磁能的形式直接向空间辐射, 或者以干扰电流的形式沿着输入、输出端的导线向外传递。同时,由于开关电源使用的器件参数如开关功率管的存储时间、输出级大电流开关整流二极管的反向恢复时间的存在,会造成回路瞬间短路,产生很大短路电流,此电流往往要比正常工作电流大很多倍,凡流有这些短路电流的导线以及这种脉冲电流流经的变压器和电感均会产生电磁场,形成共模噪声源。

3．仰/整流二极管：二次侧整流二极管用作高频整流时,由于反向恢复时间的因素,往往正向电流蓄积的电荷在加上反向电压时不能立即消除仰因载流子的

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一种高精度直流开关电源的设计 存在,还有电流流过。一旦这个反向电流恢复时的斜率过大,流过线圈的电感就产生了尖峰电压,在变压器漏感和其他分布参数的影响下将产生较强的高频干扰,其频率可达几十MHZ。

4．电容、电感器和导线：开关电源由于工作在较高频率,会使低频元件特性发生变化。 5.1.2噪声的抑制

形成电磁干扰的要素是噪声源、传播途径和受扰设备。因而,抑制电磁干扰也应该从这几方面人手,采取适当措施。首先应该抑制噪声源,直接消除干扰原因；其次是消除噪声源和受扰设备之间的耦合和辐射,切断电磁干扰的传播途径。 1．消除或抑制噪声源

开关管在开一关翻转过程中很大的电压和电流变化率是噪声的主要来源。因此, 从抑制噪声的角度出发, 应限制开关管的开关时间，这将增大开关损耗, 需要折衷考虑。控制开关管开关时间的主要方法为) 适当放缓驱动信号的上升时间, 如在开关管的基极与发射极间并联小容量电容, 并适当控制驱动功率的大小。 2. 切断电磁干扰的传播途径

滤波是抑制传导干扰的有效方法, 在设备或系统的电磁兼容设计中具有极其重要的作用。为了防止开关稳压电源内部产生的噪声去干扰或破坏与输入电路有关的外部电子设备。为防止外部的干扰、浪涌串入电源内， 在交流输入端口加入进线滤波器。为了降低从电源传给负载的噪声，输出端也必须使用噪声滤波器。

在设计滤波器时要注意, 滤波器本身必须屏蔽+ 屏蔽盒的盖子和壳体要有良好的电气连接+ 所用的电容器的引线要尽可能地短, 输入端和输出端引线必须相互隔离,滤波器应尽量靠近需要滤波的部件等。

5.2 DSP系统抗干扰设计

5.2.1 干扰的来源及后果

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