一种基于DSP的直流电源供电系统的设计

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                    　　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。
　　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。






　　2．1 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。






　　(2)电流采集
　　闭环霍尔电流传感器的工作原理如图4所示，它的原边电流In所产生的磁场，可通过一个副边线圈的电流Im所产生的磁场进行补偿，从而使霍尔器件始终处于检测零磁通的工作状态。当原副边补偿电流产生的磁场在磁芯中达到平衡时，即有如下等式：
　　NIn=MIm (2)
　　式中：In为原边电流；N为原边线圈的匝数；Im为副边补偿电流；M为副边线圈的匝数。由上式可以看出，在已知传感器原边和副边线圈匝数时，通过测量副边补偿电流Im的大小，即可推算出原边电流In的值，从而实现原边电流的隔离测量。
　　本设计采用闭环霍尔电流传感器来采集蓄电池的电流信号，该霍尔电流传感器的输出信号Sensor_IN进入仪表放大器AD620调理后，即可进入DSP的ADC通道ADC_CHl，图5所示是其电流采集电路。






　　2．2 CAN接口
　　本系统中的CAN接口电路如图7所示，其CAN_TX、CAN_RX分别来自TMS320F2812(176PGF)的脚87和引脚89，设计中，需配置该引脚为CAN外设模式。CTM8251AT芯片内部集成有CAN隔离及CAN收发器件，可将CAN控制器的逻辑电平转换为CAN总线的差分电平，且具有高达DC 2500V的隔离电压，而且接口简单。在输出信号CAN_H、CAN-L之间并联一个120 Ω的电阻可进行阻抗匹配，以抑制反射波的干涉。






　　3．2 CAN通信设计
　　TMS320F2812数字信号处理器所集成的增强型CAN控制器通信接口与CAN2．0B协议完全兼容，其32个可以独立配置的邮箱及其时间标志特性有力地保证了电磁噪声环境下与其他控制器的串口通信能力。
　　设计中，配置邮箱0为查询方式发送，邮箱16为中断方式接收，数据采用标准数据帧(11位ID)格式，相应的信息发送和接收流程如图9所示。当配置为发送时，设置相应邮箱的传送请求标志(TRS)为1启动发送，当相应邮箱的传送应答标志(TA)置位时表明发送数据成功，清除应答标志TA等待下一次发送；对于接收邮箱，每个邮箱成功接收到信息后，邮箱的接收数据悬挂寄存器(RMP)相应的位为l并初始化一个中断，读取数据后需要清除RMP位。






　　4 结束语
　　本文基于带有CAN总线控制器的DSP芯片TMS320F2812设计了一种直流电源供电系统，同时详细阐述了该电源供电系统参数的采集方法和CAN总线接口的设计技巧。使用表明，该系统在恶劣环境下具有良好的工作性能，可为工程测量领域提供一种完备的测试方案，具有较强的工程应用价值。（电子元器件应用 作者：陈朝基，靳红涛，王 宏，张晓曦 北京机械电气研究所）