基于DSP的直流电源供电系统的设计

引言

　　电源在系统中可靠、安全的运行离不开对它的实时临测和控制。为了提高系统供电电源的可靠性，本文以集成有eCAN模块和ADC采集模块的TMS320F2812数字信号处理器作为核心控制器，提出一种直流电源供电系统的设计方法。该系统可通过对系统电压、电流参数的实时监控和对过流、欠压保护的快速响应来实现系统直流供电的智能化。

　　1 系统总体设计

　　实际系统通常有多路负载，为研究方便，在此以单路来进行讨论。其系统组成如图1所示。其中电源管理器是该供电系统的控制核心，包括DSP处理器、CAN接口、电流及电压检测电路等。系统上电后，即可对蓄电池的电压和电流进行不间断监控。混合充电器可接受直流或交流供电输入，其中：直流来自车辆发电机组，当电源管理器检测到车辆发电机的转速信号高于某一设定值时，即接通继电器l实现直流供电，反之则断开；交流供电来自市电220 V，当电源管理器检测到市电接入时，将断开继电器1以实现交流优先供电。继电器2作为系统中的控制元件，可在电流传感器检测到系统过流时马上断开。上位机与电源管理器之间可通过CAN进行通信。系统上电后，可由电源管理器向上位机发送电压、电流信号的采集信息，同时，电源管理器可接收来自上位机的指令信息。

 

 

 

　　2 硬件实现

　　本直流电源供电系统的电源管理器采用TMS320F2812为处理器，该芯片是美国TI公司2000系列的32位低功耗定点DSP，主频高达150MHz，具有强大的数据处理能力和快速的中断响应能力。TMS320F2812片内有128Kxl6位Flash和18Kxl6位高速RAM。片上还集成了丰富的外设资源，其中包括SPI、SCI、eCAN和MeBSP等串口外围设备，以及16通道的12位模数转换器(ADC)和56个独立的可编程、多用途的通用输入输出接口(GPIO)等。本文用到的资源有eCAN、ADC、CAP和GPIO。

　　本系统的硬件功能结构如图2所示。图中，蓄电池电压经电压检测电路采集后，便可进入ADC的CHO通道，蓄电池的电流信号经电流传感器和信号调理电路后即可进入ADC的CHl通道；发动机转速信号由DSP的外设模块事件管理器(EV)捕获单元CAP以实现采集；DSP内嵌的eCAN控制器则可通过CAN收发器后与上位机相连，从而实现系统的通信控制；另有3路GPIO口分别用于实现AC220V接入检测及继电器1、继电器2的通断控制；其它电路还包括电源、复位电路和JTAG。下面详细讨论该系统的参数采集设计和CAN接口设计。

 

 

 

　　2．1 参数采集

　　(1)电压采集

　　蓄电池的电压信号采集通常可以由线性光耦HCNR201和运算放大器LM358P来实现，其具体的电压采集电路如图3所示。HCNR201是美国Ag-ilent公司生产的高精度模拟光耦，具有成本低、线性度高、稳定性高、设计灵活等特点，它由一个高性能的发光二极管(LED)和两个光敏二极管PDl、PD2组成。

 

 

 

　　由于这种DSP信号处理器内嵌的ADC采集模块的信号输入幅值范围为0～3 V，故需将蓄电池的端电压信号先经电阻R3分压处理，以保证光耦输出的信号电平符合DSP的输入要求，在软件编程时，再乘以相应的倍数，即可恢复电压的原始值。若经过R3后的信号为Vin，光耦输出的信号为Vout，则有：

　　Vout=KVinR2／R1 (1)

　　式中，K为传输增益，对于每一只HCNR201来说，K是恒定的，其值在1+0．05之间，典型值为1。可以看出，通过调节R1、R2的值可改变该隔离电路的增益。本例中，选择R1=R2，即仅实现电压信号的隔离而不放大。Cl、C2作为反馈电容，主要用于信号滤波，具体参数的选择请参考相关文献。但在设计中要特别注意：必须保证U2、U3是分开供电的。