CN103078507B - 一种基于dsp的有限双极性控制全桥电源模块并联电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于DSP的有限双极性控制全桥电源模块并联电路，包括DSP处理器电路、PWM复用及跳闸保护电路、PWM驱动电路、全桥逆变器及输出整流滤波电路；DSP处理器电路与PWM复用及跳闸保护电路连接，PWM复用及跳闸保护电路顺次与PWM驱动电路、全桥逆变器、输出整流滤波电路连接；PWM复用及跳闸保护电路还与全桥逆变器连接。本发明的多个PWM复用及跳闸保护电路有两路PWM信号共用，每个全桥逆变器只有另外2路PWM信号是独立的，节省了DSP处理器的PWM输出信号，扩展了DSP对多路有限双极性控制的全桥电路，实现有限双极性控制全桥拓扑电路的并联输出，扩展了输出容量并节约了控制成本。

Description

一种基于DSP的有限双极性控制全桥电源模块并联电路
技术领域
本发明涉及大功率直流开关电源技术领域，具体涉及一种基于DSP的有限双极性控制全桥电源模块并联电路。
背景技术
目前，在许多行业各种大功率电源的需求日益增加，尤其是一些大功率直流电源的需求。但是，直流电源模块容量有限，常采用多模块并联运行，其输出能量是模块输出的数倍，提高了直流电源的功率等级，同时多模块并联工作使系统具有一定的冗余度，使整个系统的可靠性有了很大提高。多模块并联运行不仅使直流电源具有更大的功率和可靠性，而且还具有良好的通用性，可以根据需要灵活组合成各种功率的系统。在这种情况下，现在一般采用完全独立的电源模块并联输出来扩展功率，这样模块之间互相独立，互不干扰，利于电源的维护和长期运行，但是控制较为复杂，连线较多，并且在要求电源的动态性能和同步性较高的场合，独立的电源模块难以达到较高的要求，尤其在非恒流输出模式时，对电源的一致性及动态性能要求更高，一般的模块并联难以达到要求。
发明内容
本发明的目的在于提供基于DSP的有限双极性控制全桥电源模块并联电路电路，以解决现有直流电源并联中电路复杂、控制繁琐、动态性能差、电源同步较难等问题。本发明对PWM信号进行复用，即多个全桥逆变器共用两路PWM信号，节省了DSP的PWM输出信号。
本发明为达到上述目的，所采用的技术方案如下：
一种基于DSP的有限双极性控制全桥电源模块并联电路，包括DSP处理器电路、PWM复用及跳闸保护电路、PWM驱动电路、全桥逆变器及输出整流滤波电路；其中所述DSP处理器电路与PWM复用及跳闸保护电路连接，所述PWM复用及跳闸保护电路顺次与PWM驱动电路、全桥逆变器、输出整流滤波电路连接；所述PWM复用及跳闸保护电路还与全桥逆变器连接。
所述全桥逆变器采用有限双极性控制方式，所需的4路PWM信号由DSP处理器电路产生，并经PWM驱动电路放大到足以驱动功率器件开关。
所述4路PWM信号中第一路PWM信号PWM1H及第二路PWM信号PWM1L为固定PWM信号，第一路PWM信号PWM1H和第二路PWM信号PWM1L驱动桥臂为全桥逆变器第一桥臂；第三路PWM信号PWM2H及第四路PWM信号PWM2L为脉宽可调的PWM信号，第三路PWM信号PWM2H和第四路PWM信号PWM2L驱动桥臂为全桥逆变器第二桥臂。
所述第一路PWM信号PWM1H与第二路PWM信号PWM1L成180°互补方波，第三路PWM信号PWM2H与第四路PWM信号PWM2L成180°互补方波；第一路PWM信号PWM1H和第四路PWM信号PWM2L的上升沿一致，第二路PWM信号PWM1L和第三路PWM信号PWM2H的上升沿一致。
所述DSP处理器电路通过调节第三路PWM信号PWM2H及第四路PWM信号PWM2L的脉宽来控制电源模块的输出大小。
所述PWM复用及跳闸保护电路对DSP处理器电路产生的固定PWM信号：第一路PWM信号PWM1H及第二路PWM信号PWM1L进行复用，即多个全桥逆变器均有一个桥臂采用第一路PWM信号PWM1H及第二路PWM信号PWM1L驱动，另外一个桥臂均采用各自独立的脉宽可调的PWM信号。
所述PWM复用及跳闸保护电路由四个双输入与门和一个D触发器构成，四个双输入与门的第一输入端均与D触发器的输出端Q连接，第一双输入与门的第二输入端接第一路PWM信号PWM1H，第二双输入与门的第二输入端接第二路PWM信号PWM1L，第三双输入与门的第二输入端接第三路PWM信号PWM2H，第四双输入与门的第二输入端接第四路PWM信号PWM2L。
所述D触发器的时钟输入端CLK均和DSP的一个 IO口连接；D触发器的输入端D与清零端CLR连接，并与跳闸保护信号输入连接连接；D触发器的输出端Q还与DSP处理器电路连接，用于产生跳闸保护信号输出；跳闸保护信号的锁定控制由DSP的IO口控制，即当跳闸保护信号输入为低电平时，D触发器的清零端CLR为低电平，D触发器Q端为低电平，四个双输入与门锁定4路PWM信号为低电平，当跳闸保护信号输入恢复为高电平时，D触发器Q端仍然保持低电平，在该PWM信号周期内无论跳闸保护信号输入变化与否，D触发器的输出端Q都维持低电平直到DSP的IO口产生下一个上升沿时，D触发器Q端才会根据输入端D变化，因此实现了跳闸保护信号输出的锁定控制。
相对于现有技术方案，本发明的有益效果是：
1、电路简单实用，对PWM信号进行了复用，一定数量的PWM信号可以驱动更多的全桥逆变器，扩展DSP处理器电路的PWM信号控制，节约了控制成本；
2、控制方法简单，在一个DSP内实现了多模块电源并联，省略了模块之间的通讯及中央监控系统。
3、由于采用同一个DSP控制多个全桥拓扑电路，系统动态性能、一致性、同步性完全一致，适合各种场合应用。
附图说明
图1为实施例的基于DSP的移相全桥电源模块并联电路简图；
图2为实施例的有限双极性控制的PWM驱动信号示意图；
图3为实施例的全桥逆变器电路图；
图4为实施例的PWM复用及跳闸保护电路图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施做进一步的详细叙述。
如图1所示，基于DSP的有限双极性控制全桥电源模块并联电路电路，包括DSP处理器电路、三路相同的电源电路；所述三路相同的电源电路每路包括PWM复用及跳闸保护电路、PWM驱动电路、全桥逆变器及输出整流滤波电路；所述DSP处理器电路与三路电源电路的PWM复用及跳闸保护电路连接，每路电源电路的PWM复用及跳闸保护电路顺次与PWM驱动电路、全桥逆变器、输出整流滤波电路连接，PWM复用及跳闸保护电路还与全桥逆变器连接；三路电源电路的输出整流滤波电路正极连接在一起，负极连接在一起，形成并联输出模式。
全桥逆变器采用有限双极性控制方式，DSP处理器电路产生8路PWM信号，并经PWM驱动电路放大到足以驱动功率器件开关。所述8路PWM信号中第一路PWM信号PWM1H和第二路PWM信号PWM1L成180°互补方波，第三路PWM信号PWM2H与第四路PWM信号PWM2L成180°互补方波，第五路PWM信号PWM3H和第六路PWM信号PWM3L成180°互补方波，第七路PWM信号PWM4H和第八路PWM信号PWM4L成180°互补方波；其中第一路PWM信号PWM1H和第二路PWM信号PWM1L为固定PWM信号，其驱动桥臂为每路电源电路中的全桥逆变器第一桥臂，即每路电源电路中的全桥逆变器第一桥臂的第一路PWM信号PWM1H、第二路PWM信号PWM1L分别连接在一起；第三路PWM信号PWM2H和第四路PWM信号PWM2L驱动桥臂为第一路电源电路的全桥逆变器第二桥臂，第五路PWM信号PWM3H和第六路PWM信号PWM3L驱动桥臂为第二路电源电路的全桥逆变器第二桥臂，第七路PWM信号PWM4H和第八路PWM信号PWM4L驱动桥臂为第三路电源电路的全桥逆变器第二桥臂；所述第三路至第八路PWM信号脉宽可调。
如图2所示，所述每路电源电路的其余两路PWM信号上升沿分别与第一路PWM信号PWM1H或第二路PWM信号PWM1L一致；以第一路电源电路为例，第一路PWM信号PWM1H和第四路PWM信号PWM2L的上升沿一致，第二路PWM信号PWM1L和第三路PWM信号PWM2H的上升沿一致。
如图3所示，全桥逆变器由第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3、第四开关管Q4和第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、漏感Lr组成；其中第一开关管Q1由第一路PWM信号PWM1H驱动、第二开关管Q2由第二路PWM信号PWM1L驱动、第三开关管Q3由第三路PWM信号PWM2H驱动、第四开关管Q4由第四路PWM信号PWM2L驱动；第一开关管Q1和第二开关管Q2所在桥臂为第一桥臂，第三开关管Q3和第四开关管Q4所在桥臂为第二桥臂。
所述DSP处理器电路通过调节第三路至第八路PWM信号的脉宽来控制各电源模块的输出大小。PWM复用及跳闸保护电路对DSP处理器电路产生的固定PWM信号：第一路PWM信号PWM1H及第二路PWM信号PWM1L进行复用，即三路电源电路的PWM复用及跳闸保护电路共用第一路PWM信号PWM1H及第二路PWM信号PWM1L。
如图4所示，每路电源电路的PWM复用及跳闸保护电路均由四个双输入与门和一个D触发器构成，四个双输入与门的第一输入端均与D触发器的输出端Q连接；每路电源电路的PWM复用及跳闸保护电路的第一双输入与门的第二输入端接第一路PWM信号PWM1H，第二双输入与门的第二输入端接第二路PWM信号PWM1L；第一路电源电路的PWM复用及跳闸保护电路的第三双输入与门的第二输入端接第三路PWM信号PWM2H，第四双输入与门的第二输入端接第四路PWM信号PWM2L；第二路电源电路的PWM复用及跳闸保护电路的第三双输入与门的第二输入端接第五路PWM信号PWM3H，第四双输入与门的第二输入端接第六路PWM信号PWM3L；第三路电源电路的PWM复用及跳闸保护电路的第三双输入与门的第二输入端接第七路PWM信号PWM4H，第四双输入与门的第二输入端接第八路PWM信号PWM4L。
每路电源电路的D触发器的时钟输入端CLK均和DSP的一个 IO口连接；D触发器的输出端                                                悬空，预置端PR接地；D触发器的输入端D与清零端CLR连接，并与跳闸保护信号输入连接连接；D触发器的输出端Q还与DSP处理器电路连接，用于产生跳闸保护信号输出；跳闸保护信号的锁定控制由DSP的IO口控制，即当跳闸保护信号输入为低电平时，D触发器的清零端CLR为低电平，D触发器Q端为低电平，四个双输入与门锁定4路PWM信号为低电平，当跳闸保护信号输入恢复为高电平时，D触发器Q端仍然保持低电平，在该PWM信号周期内无论跳闸保护信号输入变化与否，D触发器的输出端Q都维持低电平直到DSP的IO口产生下一个上升沿时，D触发器Q端才会根据输入端D变化，因此实现了跳闸保护信号输出的锁定控制。
上述电路中的双输入与门可以采用其他能锁定输出的双输入或多输入与门，或门，与非门及或非门等可以通过一个输入信号锁定输出的逻辑门电路组成，甚至可以通过CPLD，FPGA等硬件实现。
可见，上述基于DSP的有限双极性控制全桥电源模块并联电路，多个PWM复用及跳闸保护电路有两路PWM信号共用，也就是多个全桥逆变器有两路PWM信号共用，即多个全桥逆变器的两路PWM信号连接在一起，每个全桥逆变器只有另外2路PWM信号是独立的，节省了DSP处理器的PWM输出信号。
本领域技术人员可以在不违背本发明的原理和实质的前提下对本具体实施例做出各种修改或补充或者采用类似的方式替代，但是这些改动均落入本发明的保护范围。因此本发明技术范围不局限于上述实施例。

Claims (1)

1.一种基于DSP的有限双极性控制全桥电源模块并联电路，其特征在于包括DSP处理器电路、PWM复用及跳闸保护电路、PWM驱动电路、全桥逆变器及输出整流滤波电路；其中所述DSP处理器电路与PWM复用及跳闸保护电路连接，所述PWM复用及跳闸保护电路顺次与PWM驱动电路、全桥逆变器、输出整流滤波电路连接；所述PWM复用及跳闸保护电路还与全桥逆变器连接；所述全桥逆变器采用有限双极性控制方式，全桥逆变器所需的4路PWM信号由DSP处理器电路产生，并经PWM驱动电路放大到足以驱动功率器件开关；
所述4路PWM信号中第一路PWM信号PWM1H及第二路PWM信号PWM1L为固定PWM信号，第一路PWM信号PWM1H和第二路PWM信号PWM1L驱动桥臂为全桥逆变器第一桥臂；第三路PWM信号PWM2H及第四路PWM信号PWM2L为脉宽可调的PWM信号，第三路PWM信号PWM2H和第四路PWM信号PWM2L驱动桥臂为全桥逆变器第二桥臂；所述第一路PWM信号PWM1H与第二路PWM信号PWM1L成180°互补方波，第三路PWM信号PWM2H与第四路PWM信号PWM2L成180°互补方波；第一路PWM信号PWM1H和第四路PWM信号PWM2L的上升沿一致，第二路PWM信号PWM1L和第三路PWM信号PWM2H的上升沿一致；所述DSP处理器电路通过调节第三路PWM信号PWM2H及第四路PWM信号PWM2L的脉宽来控制电源模块的输出大小；所述PWM复用及跳闸保护电路对DSP处理器电路产生的固定PWM信号：第一路PWM信号PWM1H及第二路PWM信号PWM1L进行复用，即多个全桥逆变器均有一个桥臂采用第一路PWM信号PWM1H及第二路PWM信号PWM1L驱动，另外一个桥臂均采用各自独立的脉宽可调的PWM信号；所述PWM复用及跳闸保护电路由四个双输入与门和一个D触发器构成，四个双输入与门的第一输入端均与D触发器的输出端Q连接，第一双输入与门的第二输入端接第一路PWM信号PWM1H，第二双输入与门的第二输入端接第二路PWM信号PWM1L，第三双输入与门的第二输入端接第三路PWM信号PWM2H，第四双输入与门的第二输入端接第四路PWM信号PWM2L；
所述D触发器的时钟输入端CLK和DSP的一个 IO口连接；D触发器的输入端D与清零端CLR连接，并与跳闸保护信号输入连接；D触发器的输出端Q还与DSP处理器电路连接，用于产生跳闸保护信号输出；跳闸保护信号的锁定控制由DSP的IO口控制，即当跳闸保护信号输入为低电平时，D触发器的清零端CLR为低电平，D触发器Q端为低电平，四个双输入与门锁定4路PWM信号为低电平，当跳闸保护信号输入恢复为高电平时，D触发器Q端仍然保持低电平，在该PWM信号周期内无论跳闸保护信号输入变化与否，D触发器的输出端Q都维持低电平直到DSP的IO口产生下一个上升沿时，D触发器Q端才会根据输入端D变化，实现了跳闸保护信号输出的锁定控制。
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