一种基于DSP的直流电源供电系统的设计

摘要：为了提高系统电源供电的可靠性和智能化，提出了一种以TI高性能插件电感数字信号处理器TMS320F2812为控制器且基于CAN总线的直流电源供电系统的设计方法。同时详细讨论了基于CAN总线的系统软件流程设计和调试方法。
关键词：DSP；直流电源；CAN总线；参数采集

O 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空芯电感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进行通大功率电感贴片电感器信。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大功率电感贴片电感器经电阻R3分压处理，以保证光耦
输出的信号电平符合DSP电感器厂家的输入要求，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。
(2)电流采集

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