專利名稱：帶數(shù)字通信功能的開關(guān)電源數(shù)字控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于數(shù)字控制技術(shù)領(lǐng)域，涉及開關(guān)電源數(shù)字控制器，特 別是一種帶數(shù)字通信功能的開關(guān)電源數(shù)字控制器。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的開關(guān)電源一般釆用模擬控制的方式。模擬控制方式具有 精度低、容易產(chǎn)生溫漂、產(chǎn)品升級換代必須重新設(shè)計硬件以及不具 備精確的故障定位和報警功能等缺點。近年來，出現(xiàn)了采用數(shù)字芯
片的開關(guān)電源數(shù)字控制器。如專利CN200410075502. 7中公開了一種 開關(guān)電源的數(shù)字控制方法，該方法中的數(shù)字控制單元包括數(shù)字信號 處理器、可編程邏輯器件、程序存儲器、隨機存儲器、看門狗、2 個晶振以及模數(shù)轉(zhuǎn)換器構(gòu)成。該控制器通過復(fù)雜的數(shù)字電子器件的 連接，達到了控制效果，但是這種控制器并沒有將數(shù)字控制方式的 優(yōu)點完全發(fā)揮出來。首先這種控制器沒能實現(xiàn)精確的故障定位和報 警功能，另外這種控制器也沒有實現(xiàn)數(shù)字通信功能。而現(xiàn)在開關(guān)電 源廣泛應(yīng)用于各種數(shù)字化系統(tǒng)中，如果不能和其他設(shè)備實現(xiàn)通信， 開關(guān)電源將只能作為一個孤立的個體而存在，不能有效的融合到整 個大系統(tǒng)中去。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)方案是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的控制器沒能實 現(xiàn)精確的故障定位和報警功能，也沒有實現(xiàn)數(shù)字通信功能的缺點， 而提供一種帶數(shù)字通信功能的開關(guān)電源數(shù)字控制器。該控制器使用 一塊數(shù)字信號處理器單元就可以實現(xiàn)包括數(shù)字信號處理器、可編程 邏輯器件、程序存儲器、隨機存儲器、看門狗、2個晶振以及模數(shù)轉(zhuǎn) 換器的功能，另外該控制器通過一個帶光電耦合器的數(shù)字通信單元 實現(xiàn)了開關(guān)電源控制器的隔離供電串行通信。
本發(fā)明的技術(shù)方案
一種帶數(shù)字通信功能的開關(guān)電源數(shù)字控制器，該控制器包括數(shù) 字信號處理器單元、數(shù)字通信單元、PWM波驅(qū)動單元以及輔助電源； 數(shù)字信號處理器單元與開關(guān)電源上的傳感器相連，并接收傳感器傳
送的反饋信號；數(shù)字信號處理器單元與數(shù)字通信單元之間相連，并 雙方向傳輸數(shù)字信號；數(shù)字通信單元與上位機相連，并雙方向傳輸 串行數(shù)字信號；輔助電源與數(shù)字信號處理器單元相連，并給數(shù)字信 號處理器單元提供控制電；輔助電源與PWM波驅(qū)動單元相連，并給
P麗波驅(qū)動單元提供驅(qū)動電；數(shù)字信號處理器單元與P麗波驅(qū)動單元 相連，數(shù)字信號處理器單元將PWM波傳送給PWM波驅(qū)動單元； 波驅(qū)動單元與開關(guān)電源上的功率器件相連，并給開關(guān)電源上的功率 器件提供驅(qū)動信號。
所說的數(shù)字信號處理器單元包括數(shù)字信號處理器、晶振以及阻 容外圍電路；數(shù)字信號處理器接收傳感器傳送的反饋信號，數(shù)字信 號處理器接收輔助電源提供的控制電，并將PWM波傳送給PWM波驅(qū)
動單元，數(shù)字信號處理器與數(shù)字通信單元之間雙方向傳輸數(shù)字信號； 數(shù)字信號處理器與晶振相連，并接收晶振發(fā)送的固定頻率的時鐘信 號；數(shù)字信號處理器與阻容外圍電路相連，阻容外圍電路給數(shù)字信 號處理器提供電平信號。
所說的數(shù)字通信單元包括光電耦合器和串行總線轉(zhuǎn)換器；光電 耦合器與串行總線轉(zhuǎn)換器相連，光電耦合器與數(shù)字信號處理器單元
之間雙方向傳輸數(shù)字信號，串行總線轉(zhuǎn)換器與上位機之間雙方向傳 輸串行數(shù)字信號。
本發(fā)明的有益效果本發(fā)明的帶數(shù)字通信功能的開關(guān)電源數(shù)字 控制器以簡單的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了開關(guān)電源的全數(shù)字控制，該控制器控制 精度高，控制器與主電路完全電氣隔離，控制系統(tǒng)的可靠性高，且 控制靈活，系統(tǒng)升級方便，易于標準化；該控制器還可以和上位機 之間實現(xiàn)雙向全雙工的串行數(shù)字通信，很方便對開關(guān)電源進行遠程 監(jiān)視和控制；另外該控制器不但與主電路之間完全電氣隔離，而且 該控制器還能夠和與之通信的上位機之間實現(xiàn)電氣隔離，提高了控 制器的可靠性。使用了該帶數(shù)字通信功能的開關(guān)電源數(shù)字控制器的 開關(guān)電源應(yīng)用在當前的各種數(shù)字化系統(tǒng)中，可以使開關(guān)電源更好的 融合到整個系統(tǒng)中去。


本發(fā)明共有3幅附圖。
圖l、為本發(fā)明的電路原理圖2、為數(shù)字信號處理器單元內(nèi)部的電路原理圖；圖3、為數(shù)字通信單元內(nèi)部的電路原理圖。
具體實施例方式
如圖1所示，本發(fā)明的帶數(shù)字通信功能的開關(guān)電源數(shù)字控制器 包括數(shù)字信號處理器單元2、數(shù)字通信單元5、 PWM波驅(qū)動單元8以 及輔助電源IO。圖2示出了數(shù)字信號處理器單元2的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，數(shù) 字信號處理器單元2包括數(shù)字信號處理器21、晶振23以及阻容外圍 電路22，在本發(fā)明的具體實施例中選用的數(shù)字信號處理器21是TI 公司的型號為TMS320F2812的數(shù)字信號處理器，該型號的數(shù)字信號 處理器中包含中央處理器、有數(shù)據(jù)存儲器、程序存儲器、隨機存儲 器、看門狗、模數(shù)轉(zhuǎn)換器以及能夠自動產(chǎn)生P聰波的事件管理器等 功能模塊；圖3示出了數(shù)字通信單元5的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，數(shù)字通信單元5 包括光電耦合器31和串行總線轉(zhuǎn)換器33,在本發(fā)明的具體實施例中 選用的光電耦合器型號為6N137，串行總線轉(zhuǎn)換器的型號為MAX491。
該帶數(shù)字通信功能的開關(guān)電源數(shù)字控制器中，數(shù)字信號處理器 單元2與開關(guān)電源上的傳感器用導(dǎo)線相連，數(shù)字信號處理器單元2 接收傳感器傳送的反饋信號1;數(shù)字信號處理器單元2與數(shù)字通信單 元5之間用導(dǎo)線相連，數(shù)字信號處理器單元2與數(shù)字通信單元5之 間雙方向傳輸數(shù)字信號4;數(shù)字通信單元5與上位機之間用導(dǎo)線相 連，數(shù)字通信單元5與上位機之間雙方向傳輸串行數(shù)字信號6;輔助 電源10與數(shù)字信號處理器單元2導(dǎo)線相連，輔助電源10給數(shù)字信 號處理器單元2提供控制電3;輔助電源10與PWM波驅(qū)動單元8之 間導(dǎo)線相連，輔助電源10給PWM波驅(qū)動單元8提供驅(qū)動電9;數(shù)字 信號處理器單元2與PWM波驅(qū)動單元8之間導(dǎo)線相連，數(shù)字信號處 理器單元2將PWM波7傳送給PWM波驅(qū)動單元8; PWM波驅(qū)動單元8 與開關(guān)電源上的功率器件導(dǎo)線相連，PWM波驅(qū)動單元8給開關(guān)電源上 的功率器件提供驅(qū)動信號11。
在本發(fā)明的具體實施例中，數(shù)字信號處理器單元2是一塊獨立 的電路板，該電路板上包含數(shù)字信號處理器21、晶振23以及阻容外 圍電路22。數(shù)字信號處理器21是數(shù)字信號處理器單元2的核心，數(shù) 字信號處理器21接收傳感器傳送的反饋信號1,數(shù)字信號處理器21 接收輔助電源10提供的控制電3，數(shù)字信號處理器21將PWM波7 傳送給PWM波驅(qū)動單元8,數(shù)字信號處理器21與數(shù)字通信單元5之 間雙方向傳輸數(shù)字信號4。在該電路板內(nèi)部，數(shù)字信號處理器21與
晶振23之間用印制板上走線相連，數(shù)字信號處理器21接收晶振23 發(fā)送的固定頻率的時鐘信號25;數(shù)字信號處理器21與阻容外圍電路 22之間用印制板上走線相連，阻容外圍電路22給數(shù)字信號處理器 21提供其工作所必須的輔助電平信號24。
在本發(fā)明的具體實施例中，數(shù)字通信單元5是一塊獨立的電路 板，該電路板上包含光電耦合器31和串行總線轉(zhuǎn)換器33。光電耦合 器31與數(shù)字信號處理器單元2之間雙方向傳輸數(shù)字信號4，串行總 線轉(zhuǎn)換器33與上位機之間雙方向傳輸串行數(shù)字信號6。該電路板內(nèi) 部，光電耦合器31與串行總線轉(zhuǎn)換器33之間用印制板上走線相連,
本發(fā)明的帶數(shù)字通信功能的開關(guān)電源數(shù)字控制器內(nèi)部的數(shù)字信 號處理器單元2中的數(shù)字信號處理器21接收開關(guān)電源傳感器傳送的 反饋信號1,根據(jù)數(shù)字信號處理器21內(nèi)部預(yù)置在數(shù)據(jù)存儲器中的開 關(guān)電源的電流、電壓的給定值與反饋信號1相比較，再通過內(nèi)部預(yù) 置在程序存儲器中的算法，進行計算，并通過事件管理器產(chǎn)生一組 PWM波7。數(shù)字信號處理器21將這一組PWM波7傳送給P麗波驅(qū)動 單元8， P麗波驅(qū)動單元8將PWM波7轉(zhuǎn)化為 一組兩兩之間相互隔離 的驅(qū)動信號11，用來驅(qū)動開關(guān)電源上諸如MOSFET或IGBT等的功率 器件。
數(shù)字信號處理器單元2中的數(shù)字信號處理器21還可以將開關(guān)電 源的一些當前運行狀態(tài)，諸如電壓、電流、效率、或故障代碼等， 通過數(shù)字信號4的形式傳送給數(shù)字通信單元5中的光電耦合器31， 光電耦合器31將數(shù)字信號4轉(zhuǎn)化為與數(shù)字信號處理器21相互電氣 隔離的隔離數(shù)字信號32，光電耦合器31再將隔離數(shù)字信號32傳送 給串行總線轉(zhuǎn)換器33，串行總線轉(zhuǎn)換器33將隔離數(shù)字信號32轉(zhuǎn)化 為串行數(shù)字信號6，并將這些反映開關(guān)電源當前運行狀態(tài)的串行數(shù)字 信號6發(fā)送給上位機如PC機等。這些串行數(shù)字信號6被上位機接收 后，可以實時顯示開關(guān)電源的運行狀態(tài)，方便搡作者對開關(guān)電源進 行遠程監(jiān)視，當開關(guān)電源發(fā)生故障時，該數(shù)字控制器可以將準確的 故障代碼發(fā)送給上位機，便于故障定位和故障排除。反過來，操作 者也可以通過上位機將一些控制指令以串行數(shù)字信號6的形式發(fā)送 給數(shù)字通信單元5，數(shù)字通信單元5中的串行總線轉(zhuǎn)換器33將這些 串行數(shù)字信號6轉(zhuǎn)化隔離數(shù)字信號32，并傳送給光電耦合器31，光 電耦合器31將隔離數(shù)字信號32轉(zhuǎn)化為與上位機相互隔離的并且能
夠被數(shù)字信號處理器單元2識別的數(shù)字信號4,并發(fā)送給數(shù)字信號處 理器單元2，數(shù)字信號處理器單元2中的數(shù)字信號處理器21接收到 數(shù)字信號4后，根據(jù)內(nèi)部預(yù)置在程序存儲器中的算法將數(shù)字信號4 解算成控制指令，數(shù)字信號處理器21再根據(jù)控制指令來控制開關(guān)電 源的開機、關(guān)機的動作，或者修改開關(guān)電源輸出電壓的幅值等。
為滿足數(shù)字信號處理器單元2中的數(shù)字信號處理器21的正常工 作，數(shù)字信號處理器單元2中還有一個晶振23給數(shù)字信號處理器21 提供一個固定的數(shù)字時鐘25，另外數(shù)字信號處理器單元2中還包括 一個由電阻和電容構(gòu)成的阻容外圍電路22 ，該阻容外圍電路2 2給數(shù) 字信號處理器21提供其工作所必須的輔助電平信號24。
輔助電源10給數(shù)字信號處理器單元2提供 一路數(shù)字器件正常工 作所需的控制電3，并給PWM波驅(qū)動單元8提供產(chǎn)生驅(qū)動信號所需的 多路驅(qū)動電9。另外，數(shù)字信號處理器單元2所用的控制電3與P麗 波驅(qū)動單元8所用的多路驅(qū)動電9都是兩兩之間相互電氣隔離的。 這樣可以保證控制器在電氣上與開關(guān)電源的主電路完全隔離，可以 使控制器具有最高的電氣可靠性。
權(quán)利要求
1、一種帶數(shù)字通信功能的開關(guān)電源數(shù)字控制器，其特征在于該控制器包括數(shù)字信號處理器單元(2)、數(shù)字通信單元(5)、PWM波驅(qū)動單元(8)以及輔助電源(10)；數(shù)字信號處理器單元(2)與開關(guān)電源上的傳感器相連，并接收傳感器傳送的反饋信號(1)；數(shù)字信號處理器單元(2)與數(shù)字通信單元(5)之間相連，并雙方向傳輸數(shù)字信號(4)；數(shù)字通信單元(5)與上位機相連，并雙方向傳輸串行數(shù)字信號(6)；輔助電源(10)與數(shù)字信號處理器單元(2)相連，并給數(shù)字信號處理器單元(2)提供控制電(3)；輔助電源(10)與PWM波驅(qū)動單元(8)相連，并給PWM波驅(qū)動單元(8)提供驅(qū)動電(9)；數(shù)字信號處理器單元(2)與PWM波驅(qū)動單元(8)相連，數(shù)字信號處理器單元(2)將PWM波(7)傳送給PWM波驅(qū)動單元(8)；PWM波驅(qū)動單元(8)與開關(guān)電源上的功率器件相連，并給開關(guān)電源上的功率器件提供驅(qū)動信號(11)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶數(shù)字通信功能的開關(guān)電源數(shù)字 控制器，其特征在于所說的數(shù)字信號處理器單元(2)包括數(shù)字信 號處理器(21)、晶振(23)以及阻容外圍電路(22);數(shù)字信號處 理器(21)接收傳感器傳送的反饋信號(1 )，數(shù)字信號處理器(21 ) 接收輔助電源UO)提供的控制電(3),并將PWM波(7)傳送給P麗 波驅(qū)動單元(8)，數(shù)字信號處理器(21)與數(shù)字通信單元(5)之間 雙方向傳輸數(shù)字信號(4);數(shù)字信號處理器(21)與晶振(23)相 連，并接收晶振(23)發(fā)送的固定頻率的時鐘信號(25);數(shù)字信號 處理器(21)與阻容外圍電路(22)相連，阻容外圍電路(22)給 數(shù)字信號處理器(21)提供電平信號(24)。3根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶數(shù)字通信功能的開關(guān)電源數(shù)字 控制器，其特征在于所說的數(shù)字通信單元(5 )包括光電耦合器(31 ) 和串行總線轉(zhuǎn)換器(33);光電耦合器(31)與串行總線轉(zhuǎn)換器(33) 相連，光電耦合器(31)與數(shù)字信號處理器單元(2)之間雙方向傳 輸數(shù)字信號(4)，串行總線轉(zhuǎn)換器(33)與上位機之間雙方向傳輸 串行數(shù)字信號(6)。
全文摘要
本發(fā)明屬于數(shù)字控制技術(shù)領(lǐng)域，為一種帶數(shù)字通信功能的開關(guān)電源數(shù)字控制器。該控制器的數(shù)字信號處理器單元接收傳感器傳送的反饋信號，并與數(shù)字通信單元之間雙方向傳輸數(shù)字信號；數(shù)字通信單元與上位機雙方向傳輸串行數(shù)字信號；輔助電源給數(shù)字信號處理器單元提供控制電，并給PWM波驅(qū)動單元提供驅(qū)動電；數(shù)字信號處理器單元將PWM波傳送給PWM波驅(qū)動單元；PWM波驅(qū)動單元給開關(guān)電源上的功率器件提供驅(qū)動信號。本發(fā)明的優(yōu)點本發(fā)明實現(xiàn)了開關(guān)電源的全數(shù)字控制，保證了開關(guān)電源具有很好的控制精度；很方便對開關(guān)電源進行遠程監(jiān)視和控制；提高了控制器的可靠性。
文檔編號H02M1/00GK101207324SQ20071019583
公開日2008年6月25日 申請日期2007年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月30日
發(fā)明者孟 謝, 雷連方 申請人:中國航天科工集團第三總體設(shè)計部