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DSP智能功放开关电源设计
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2017-10-24
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1 引言
开关电源以体积小，重量轻，功耗低，效率高，纹波小，噪声低，智能化程度高，易扩容等，逐渐替代工频电源，广泛应用于各种电子设备。高可靠性、智能化及数字化是开关电源的发展方向。音响功放要求电源随着负载变化自动调整输出电压，进而调节功率，以提高电源动态性能，降低音响功放内部损耗，但目前的开关电源无法实现。选用TMS320F2812型DSP作为功放开关电源的主控制器，设计一种低功耗。适用于大型功放系统的新型的智能功放开关电源。
2 智能功放开关电源设计
图1为智能音响功放开关电源的总体原理框图，主电路采用交一直一交一直的结构。输入工频220 V交流电路经滤波电路后，再经单相桥式整流电路输出直流电压；变换电路采用全桥移相逆变电路将前端直流电变换为高频的交流电．然后经二次整流滤波输出稳定的直流电压；检测电路对输出电压信号采样后，送入控制电路，通过改变控制电路输出脉宽占空比来调节输出电压；保护电路实现过压和过流保护；功率检测电路对变换电路电流采样，当输出功率超过500 W时，产生过功率检测信号，驱动控制电路，降低输出电压：辅助电源电路为控制电路和各种运放供电。
2．1 功放开关电源模块
图2是功放开关电源的主电路，其中Vin是220 V交流输入经前端滤波和全波整流得到，电压为300 V。为全桥逆变电路的输入电压。VQ1、VQ2、VQ3、VQ4为IRFP460型大功率MOSFET，用作变换器开关管。由于IRFP460型 MOSFET是多数载流子器件，开关速度极快，开通和关断时间的典型值一般20 ns，具有较高的击穿电压和较大的工作电流。此外，MOSFET的输入阻抗高，驱动电路较简单，只要在栅源之间加10 V左右的电压，就可使其饱和导通。L4、C5、C6构成辅助谐振网络，考虑到变压器原边漏感，谐振电感LT的取值一般比实际值小，这里选用电感值为34 μH的非线性饱和电感1μF的，考虑到高频脉冲变压器T1磁饱和问题，原边绕组串接防偏磁电容，VD15和VD16，VD17和VD18分别为全波整流二极管，L1、C13、EC1、EC2和L2、C14、EC3、EC4分别为+35 V和-35 V输出回路的滤波电路。
2．2 功放开关电源模块控制电路
该控制电路以DSPTFMS320F2812为核心，主要包括产生移相脉冲波形、实时采样、功率调节、过压保护、过流保护、过功率保护、滤波算法和全桥移相算法等功能。采用TMS320F2812内置的16路12位高分辨率A／D转换电路实现电压、电流实时采样．每通道的最小转换时间为80 ns，A／D转换电路的输入信号电平范围为0～3 V。采样后，通过软件编程调整驱动全桥逆变器开关管的PWM波形移相角，实现稳压，同时当输出电压、电流过高或欠压时，DSP调用相应的子程序处理突发异常事件，起到保护作用。同时通过A／D采样输出电压电流信号进行运算，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。
开关电源以体积小，重量轻，功耗低，效率高，纹波小，噪声低，智能化程度高，易扩容等，逐渐替代工频电源，广泛应用于各种电子设备。高可靠性、智能化及数字化是开关电源的发展方向。音响功放要求电源随着负载变化自动调整输出电压，进而调节功率，以提高电源动态性能，降低音响功放内部损耗，但目前的开关电源无法实现。选用TMS320F2812型DSP作为功放开关电源的主控制器，设计一种低功耗。适用于大型功放系统的新型的智能功放开关电源。
2 智能功放开关电源设计
图1为智能音响功放开关电源的总体原理框图，主电路采用交一直一交一直的结构。输入工频220 V交流电路经滤波电路后，再经单相桥式整流电路输出直流电压；变换电路采用全桥移相逆变电路将前端直流电变换为高频的交流电．然后经二次整流滤波输出稳定的直流电压；检测电路对输出电压信号采样后，送入控制电路，通过改变控制电路输出脉宽占空比来调节输出电压；保护电路实现过压和过流保护；功率检测电路对变换电路电流采样，当输出功率超过500 W时，产生过功率检测信号，驱动控制电路，降低输出电压：辅助电源电路为控制电路和各种运放供电。
2．1 功放开关电源模块
图2是功放开关电源的主电路，其中Vin是220 V交流输入经前端滤波和全波整流得到，电压为300 V。为全桥逆变电路的输入电压。VQ1、VQ2、VQ3、VQ4为IRFP460型大功率MOSFET，用作变换器开关管。由于IRFP460型 MOSFET是多数载流子器件，开关速度极快，开通和关断时间的典型值一般20 ns，具有较高的击穿电压和较大的工作电流。此外，MOSFET的输入阻抗高，驱动电路较简单，只要在栅源之间加10 V左右的电压，就可使其饱和导通。L4、C5、C6构成辅助谐振网络，考虑到变压器原边漏感，谐振电感LT的取值一般比实际值小，这里选用电感值为34 μH的非线性饱和电感1μF的，考虑到高频脉冲变压器T1磁饱和问题，原边绕组串接防偏磁电容，VD15和VD16，VD17和VD18分别为全波整流二极管，L1、C13、EC1、EC2和L2、C14、EC3、EC4分别为+35 V和-35 V输出回路的滤波电路。
2．2 功放开关电源模块控制电路
该控制电路以DSPTFMS320F2812为核心，主要包括产生移相脉冲波形、实时采样、功率调节、过压保护、过流保护、过功率保护、滤波算法和全桥移相算法等功能。采用TMS320F2812内置的16路12位高分辨率A／D转换电路实现电压、电流实时采样．每通道的最小转换时间为80 ns，A／D转换电路的输入信号电平范围为0～3 V。采样后，通过软件编程调整驱动全桥逆变器开关管的PWM波形移相角，实现稳压，同时当输出电压、电流过高或欠压时，DSP调用相应的子程序处理突发异常事件，起到保护作用。同时通过A／D采样输出电压电流信号进行运算，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。
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