强烈推荐电源同行学习DSP

若是作为A/D,D/A显示等,51单片机也够了
若是作为A/D,D/A显示等,51单片机也够了.DSP是很快,但性价比却未必高.除非DSP能直接输出PWM控制开关管,我不会用DSP的.

2407a有16路PWM输出
包括对称和非对称,并由死区控制,是不是很好用,而且芯片价格在不断下降.

PWM频率可达多高?
2407a输出PWM的频率可达多高?要求PWM的分辨率达至少13位.请指教.多谢.

一般没问题
cpu时钟频率可以达到40M,在此基础上变成实现.最大pwm分辨率为16位.

计算一下
时钟频率40000000,分辨率65536,40000000/65536=610,
即使是12位分辨率,40000000/4096=9765,老兄是不是拿我开玩笑?有这样低频率的开关电源吗?

pwm输出能直接用于驱动igbt吗?
你的16路输出相互隔离了吗?能直接用于驱动igbt吗?谢谢!

的确有必要
2407A的资料你有吗?CLOCK 40M?指令周期是多少?

输出不隔离,需要自己加隔离.
输出不隔离,需要自己加隔离.

看需求
2407芯片的驱动频率用在开关电源上最大也就十几K,不一定合适,它最主要的用途是用来做变频器及驱动电机,频率不是很高的场合.

完全正确
我在前面所说的正是这个意见.DSP单片机无法产生足够高频率的PWM控制波.

我也这样认为.
我有用EMC的CPU做车载INVERTER.开关频率40KHZ.

dsp电源
现在高档电源如UPS,逆变器,变频器,等很多
使用dsp,没必要再讨论可不可行了吧.

行是肯定的.
用于INVERTER,UPS,等电源内是比较好,成本不高,但用于一般AC-DC单端电路内成本应该有点高.

PWM控制的分辨率
您发的EMC单片机资料我仔细读过之后,大概把您PWM频率达到40kHz是怎么做的搞明白了.您的晶体频率为20MHz,1个机器周期是2个时钟周期,计数器的输入频率就是
10MHz.计数器是8位的,最大计数值256,那么10000000/256=39062.5,近似40kHz.
该单片机计数器的输入时钟达10MHz,在单片机中是比较高的.
但我还想指出:8位PWM控制未免有些粗糙,至少要10位,最好能有12位以上.各种单片机都有不同指令,各指令执行时间不同,可能是1个机器周期,也可能是2个或更多.而CPU必须执行完当前指令才能进入中断.所有CPU都不止一个中断,当CPU执行到修改中断寄存器等指令时,必须再执行一条指令才能进入中断,这就造成了误差.
另外,用单片机控制电源并不是输出PWM波就行,单片机还要进行电源输出电压的测量,与基准值进行比较,过流或过压时要强制关断,这里有不少计算工作,而我感觉该单片机的计算能力不够,也不容易与外围芯片如A/D等接口.
解决的方法之一是硬件实现PWM,我曾设计一个电路,用可预置高速计数器芯片,试验的结果,不能用纹波计数器,必须用同步计数器.确实做到了高分辨率(12位)同时速度也够用.但电路较复杂,成本也高,还不如用传统的模拟脉宽芯片.
不知您对此问题有何高见,希望您能多多指点.

RE
我并不是说DSP不可行,我说的是单片机控制电源无法直接产生PWM波.用单片机控制电源当然可行,用较老的型号系列如MCS51就可以,用高性能的DSP当然更可以.问题是成本上合适不合适,也就是性价比如何.其次是如何控制,是直接控制PWM,还是间接控制,哪种比较好(成本低,容易实现).

RE
要输出40KHZ的PWM就只能用计数器吗?可以用软件延迟.其实频率不用20M用8M就够,再高的话50HZ就难做.PWM控制的分辨率有必要用10位吗(但我不清楚10位是什么概念,是一个PWM可分为1024还是10)?我认为能分成20就够.其实电压检测是不用A/D转换器(除非要求精度很高)也可以做电源,温度,过压,短路,反馈的检测.

Re:zhangchuan
10位分辨率就是PWM波宽度分成1024份.
能分成20就够,那么假定网电源电压(交流标称220V)下降了2%或者3%,脉冲宽度如何改变?或者说改变不改变?要改变的话,输出电压就要上升5%,怎么保证输出电压的精度?
分成20份也不是完全不能工作.有这样的工作方式:检测到输出电压大于某值就减少脉宽,当然减少就会使输出电压减少过头,但由于存在滤波电路,下降不是立即完成的,有一段下降时间,当检测到输出电压大于某值时,又增加脉宽,输出电压又开始上升.自动控制中,这种方式称为振荡工作方式,例如电冰箱控温就是这样的.但输出电压必定带有振荡的纹波成分,负载是否允许这样的纹波,可能要求高的时候不允许.此纹波可以在输出端再加滤波电路去掉,但成本增加,电源的动态特性变差.如果不允许带有纹波,也不允许增加滤波电路,分成20份就不行.
用软件延时肯定不可行.单片机如果用软件延时就无法做其它工作,也就无法进行控制了.
以上看法,不知zhangchuan兄以为如何?或者有什么更好的解决方法?请指教.

RE
分辨率为10份的PWM用于AC/DC电路可能会有输出电压震荡的现象,但用于DC/AC的INVERTER电路应该是问题不大.请问在INVERTER电路中用计数器延迟40KHZ的PWM脉冲(用于推挽电路,有两组PWM输出,脉冲相互反相有5%的死区)那50HZ的PWM输出又用什么方式延迟?而EM78156只有一个计数器,如果这样一来就无法分配.我的想法是:40KHZ用软件延迟,50HZ用计数器延迟.40KHZ工作于PWM调宽状态又可以工作于跳周期状态.在PWM无法调整时(轻载时)便转换到跳周期.检测时间可以间隔几毫秒检测一次.

Re:zhangchuan
我没有注意到你们是做inverter,仔细想一下,如果是inverter,确实可行,不必用硬件计数器,只要用片内8位计数器就够.因为inverter不是输出很稳定的直流,分成20份的确够了.
控制50Hz这样的长时间,我是利用定时器中断,每次中断令一个存储器加一,到指定时间执行有关例程.
但我要做的是直流输出,稳定度的要求相当高,宽范围输入,宽范围可调整输出,用单片机直接控制PWM看来是办不到.
不过我们讨论的问题离发起的主题远了,以后有机会还要多请教!

请问:
做电源时,变压器有抽头,这个大家都明白;DSP中滤波器抽头是什么意思?

用2812啦,运算速度150MPS,32位字长,12位AD.采样、控制应该够用了.

上面说的还只是一般情况.其实去看看电源的控制到输出特性就知道了.并不是线性的.举个例子来说,当电流连续与不连续的临界时,负载略增加很多,可是卖宽却只需要增加一点点.这个一点点的增量必须在PWM的分辨率上体现出来.这个就是控制粒度问题.当然了,也可以采用频率抖动的做法.不过我目前的实验感觉上是徒然增加功耗和设计难度.实际的控制效果并不十分明显.当然最近也在考虑方案.另,刚从SL那里买来16M的AVR,可以达到16M的频率.9位分辨率下,PWM频率可在32K.很不错.正在调试.

Why must 13bits.
Assume we design 12V output.Think about use 7bits(315kHz).
the first,The main point is output filter(LC) frequency is much lower than that.
the second,12V/256<50mV(7bits is 128),we can set error limit,
if D=69.5, make dsp run at 69 70 69 70,so use 7bits and get 8bits
preformance

基于DSPS控制的全数字UPS逆变器设计
言超 吴燮华  
  
  
摘  要: 功率变环器的数字化实时控制是电力电子技术的一个重要发展方向.提出了一种新型的基于电感电流模式的双环数字控制器,给出了详细的设计过程,仿真和实验结果验证了数字控制器设计的正确性.
  
  
关键词: 数字控制;电感电流模式;双环控制
  
  
正文:
1  引言
  随着信息处理技术的不断发展,尤其是计算机的广泛应用和INTERNET的迅猛发展,供电系统的可靠性要求越来越高,因此对不间断电源(UPS)技术指标的要求也越来越高.UPS的核心部分是一个恒频恒压逆变器,由于传统模拟控制需要使用大量的分离元器件,老化和纹漂严重影响了系统的长期稳定性.基于DSP的数字控制技术能大大改善产品的一致性,同时增加了控制的柔性,提高了整个系统的稳定性和可靠性.本文主要提出了一种数字控制的UPS逆变器结构,详细论述了控制系统的参数设计.
2  系统结构
  图1是本文提出的数字控制UPS逆变器的结构框图.主要电路采用了全桥结构,控制电路是以TI公司的电机控制专用DSP芯片TMS320F240为核心的全数字控制器.Lf和Cf为逆变器的输出滤波电感和滤波电容,rL和rC分别为滤波元件的串联寄生电阻.考虑到控制的精确性和产品的成本,控制系统采用了电阻取样,主功率电路和控制电路共地的系统控制方法.










Rs1和Rs2为输出电压取样电阻,Rc为电感电流取样电阻.电压和电流取样信号通过采样网络,输入到DSP的A/D转换口.DSP的PWM模块输出4路PWM信号经过驱动电路之后驱动4个IGBT管.
3  控制系统设计
3.1数字双环控制器结构
  逆变器的控制有许多方案,本文的UPS逆变器采用了电感电流模式的数字双环PI控制方法,具体的逆变器数字控制框图如图2所示.









图中的虚线框内部分为逆变器的主电路,Vref为储存在DSP程序空间内的正弦波数据表,VAB为逆变桥两桥臂中点间的电压.为了抑制反馈量中的高频噪声,提高采样的精确性,反馈通道中增加了阻容低通滤波器.电压误差信号经过数字PI调节之后的输出作为电流环的指令,电流误差信号再经过比例调节得到电流环输出.电流环输出与定时器产生的三角波比较后得到的四路门极脉冲.
3.2  电流环和电压环参数设计
   图3为简化的电流内环框图,Zoh为零阶保持环节,他的S域传递函数为:








  其中Ts为采样周期.









本文设计的电压和电流采用周期均为50μs.电流环的开环脉冲传递函数为:








(忽略了电感的串联电阻RL),它得闭环传递函数的特征方程为:









根据无差拍控制原理,令特征根为0,得到Kc=L/Ts.
  图4为简化的电压外环控制框图.其中








为电压外环数字PI控制器脉冲传递函数的一般形式,K1-K2= K1Ts, K1为积分系数.









由于上面设计的电流内环的跟踪速度远快于电压外环,在设计电压外环时,作如下合理的简化;设电感电流已经能够跟踪指令电流,这样可以假设电流内环为一个单位比例环节1,从而得到电压外环的开环脉冲传递函数为:








(忽略了电容的串联电阻Rc),其闭环传递函数的特征方程为:








同样根据无差拍控制原理,令特征根为0,得到K2=C/ Ts, K1可以为任意常数.根据K1和K2的关系并结合仿真的方法可以确定K1.
  在上面的控制参数设计过程中,均采用了单位反馈的简化方框图,实际线路的反馈通道上肯定会有比例环节,因此在上述设计的基础上,还要根据实际的反馈比例变环控制方框图,得到最终的控制环节参数.
3.  采样控制时序设计
  图5示本文提出的一种采样控制时序示意图.T0-T4为一个开关周期,由于采用了倍频单极性的正弦波脉宽调制方法,输出滤波电感的脉动频率是开关频率的两倍,这样可以缩小滤波元件的体积.在定时器周期中断的T1时刻,同时启动两路A/D转换器,进行电压和电流反馈量的采样,T2时刻A/D转换结束,立即进行双环控制算法的执行直至T3时刻.在定时器下溢中断的T4时刻,将计算所的得比较值CMPRX载入.显然,在这种采样控制方法中,控制点相对于采样点只延时了半个开关周期,比许多文献报到的延时一个开关周期的采样控制方法,控制的实时性得到的很大的提高,仿真和实验都验证了这一点.









4  仿真和实验结果
  表1列出了本文提出的数字控制逆变器的一些主要参数.









  在进行实际的实验之前,先用MATLAB的SIMULINK工具箱对UPS逆变器系统进行了仿真研究,图6位负载切换时的输出电压和负载电流的仿真波形.


















  图7(A)为满载3KVA下输出电压和电感电流的稳态实验波形,用LEM公司的钳形表HEME ANALYST 2060测得:THD=1.4%,实验数据表明控制系统具有很好的稳态特性.
5  结束语
  相对于模拟控制技术,基于DSP的全数字控制技术大大简化了控制电路的设计,增加了控制的灵活性.同时采用了数字无差怕控制技术和延时半个开关周期的采样控制方法,逆变器的动态特性大大改善.仿真和实验均验证了这种基于DSP的全数字控制方案的先进性和实用性.

我希望控制输出到满输出的0.1%,那就是大约10bit.再加上楚天(参见下面)所说的控制曲线并非线性(以前我甚至发现过控制曲线非单调的现象),所以至少要12bit.

Good point. Thanks!
But, the first,think future,IC designer will separate chip frequency and PWM counter(higher than chip frequency).One year later, we will see the release part.
the Secondary, find what we have now.DC/DC converter, input range is from 35V to 75V, 12V output. DSP have 7PWM, so, we can use buck and boost(this topology is realy good, half brick 12V/30A, from 50% to 100% load efficency over 95%).
35V to 54V work on Boost mode, 54V to 75 work on Buck mode.
run 8 bits. error is 80mV(if you want, I can calculate for you).
it +_40mV(<0.5%, but still bigger than0.1%), general,I think it good enough.
the third, if use FET replace of Diode, Unit always work on CCM
(continue mode).
the fourth, PWM accuracy is different with feedback accuracy, can make feedback accuracy at 10 bits. then made system stable.

I think we should open a new window and talk this.

楚天兄:
你好.看到你在调试AVR,想请你多多指教.我也用AVR单片机做开关电源,现在刚刚起步.用的是Atmega16L单片机,要输出直流60V/1800W(可调).频率到没什么要求.你能就单片机直接输出PWM的原理予以指导吗?我主电路是半桥逆变电路.怎么也想不明白两路波怎么产生的.由于是新手,所以问的很简单,请指教,谢了.wyuqin@163.com

我完全相信,不久的将来就会有这样的芯片.不过,价格是另一个问题.
我要做的电源之所以要这样高的精度,是客户的要求.客户要求3000V最大输出,控制步长和分辨率为1V.最大输出时显示跳动1个字,就说你的电源不稳定.可笑的是:用指针表作输出指示的电源他认为稳定,因为看不出指针跳动.
没有办法,我已决定用线性电源作输出,线性电源我确实做到了0.05%的负载稳定性.

唉,看不懂啊,是用英语写的帖子吗?

上班,不好写中文.
DSP 控制开关电源是个好的方向.如果早入手,可以发现许多东西值得专利保护.另外,另外,DSP价格 2$左右,并不贵(pwm clock 80MHz).
供应商有:motorola(best performence/price),
Ti(best 开发环境)
microchip