基于DSP30F系列的通信用高频开关整流器模块的设计

武汉科技大学硕士学位论文基于dsPIC30F系列DSC的通信用高频开关整流器模块的设计姓名：唐明涛申请学位级别：硕士专业：控制理论与控制工程指导教师：熊庆国20081122武汉科技大学硕士学位论文第１页摘要当今时代是信息化时代，而信息的数字化也越来越为研究人员所重视。数字化技术正在引发一场范围广泛的产品革命，各种家用电器设备，信息处理设备都将向数字化方向变化。如数字电视、数字广播、数字电影、ＤＶＤ等等，通信网络也向数字化方向发展。现在电源也在向数字化方向发展ｐＪ。与传统的模拟控制相比，数字控制易于实现更完善的功率管理、易于与数字系统接口、易于实现多种控制算法而不需要更改硬件电路等。本论文所设计的通信用高频开关整流器，是通信用直流电源系统的核心部件，其功能是将电网的单相交流电源转换为额定值为４８Ｖ的直流电源，为蓄电池充电，同时也为通信设备供电。采用Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ公司的电源管理数字信号控制器ｄｓＰＩＣ３０Ｆ２０２３为核心实现数字控制。主要包括：ＺＶＳ（ＺｅｒｏＶｏｌｔａｇｅＳｗｉｔｃｈｉｎｇ，零电压开关）全桥的数字化实现、电流控制环和电压控制环的闭环实现、模拟信号的采集及数字滤波、与监控模块进行通信。本论文围绕开关电源的数字化展开研究，研究内容可分为以下几个部分：首先其次再次最后分析当前通信电源的发展现状及其发展趋势，指出数字电源的优势；根据开关电源的特点和运营商要求确定设计方案；根据设计方案确定硬件和软件设计形式；根据调试结果，对设计进行总结，提出进一步工作展望。本设计的最终应用是作为直流通信电源系统（如组合电源系统、独立的开关电源系统、嵌入式开关电源系统等）的核心子系统来工作的。因此，本系统还具备满足应用要求的并联、遥控、遥信、遥测等功能。关键词：开关电源；数字控制；整流器；闭环；通信电源ＡｂｓｔｒａｃｔＭｏｄ锄ｔｉｍｅｓｉｓｔｈｅｅｒａｏｆｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ａｎｄｄｉｇｉｔａｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｉｓｍｏｒｅａｎｄｍｏｒｅａｔｔｅｎｔｉｏｎｅｄｂｙｒｅｓｅａｒｃｈｅｒｓ．Ｄｉｇｉｔａｌｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｓａｌｓｏｓｅｔｔｉｎｇｏｆｆａｗｉｄｅｒａｎｇｅ０ｆｒｅＶｏｌｕｔｉｏｎａｒｙｏｔｐｍｄｕｃｔｓ，ｖ撕ｏｕｓｋｉｎｄｓｏｆｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓ，ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｅｑｕｌｐｍｅｎｔｓａｒｅｄｉｇｉｔａｌｉｚｅｄ．Ｓｕｃｈ鹊ｄｉｇｉｔａｌＴＶ，ｄｉｇｉｔａｌｂｒｏａｄｃａｓｔｉｎｇ，ｄｉｇｉｔａｌｆｉｌｍ，ＤＶＤａｎｄｓｏｏｎ’ｔｈｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓｎｅｔｗｏｒｋｉｓａｌｓｏｃｈａｎｇｉｎｇｔｏｔｈｅｄｉｇｉｔａｌｄｉｒｅｃｔｉｏｎ・ＮｏｗｔｈｅＰｏｗｅｒｓｕｐｐｌＹｌｓａｌｓｏｃｈａｎｇｉｎｇｔｏｔｈｅｄｉｇｉｔａｌｄｉｒｅｃｔｉｏｎ・．Ｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌａｎａｌｏｇｃｏｎｔｒｏｌ，ｄｉｇｉｔａｌｃｏｎｔｒｏｌｏｆｓｗｉｔｃｈｉｎｇ－ｍｏｄｅｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙ（ＳＭＰＳ）ｈａｓｇｏｔｍｕｃｈａｔｔｅｎｔｉｏｎｄｕｅｔｏｉｔｓｂｅｔｔｅｒｐｏｗｅｒｍａｎａｇ锄础，ａｂｉｌｉｔｙｔｏｉｎｔ柏ｃｅｗｉｍｄｉｇｉｔａｌｓｙｓｔｅｍｓ，ｆｌｅｘｉｂｉｌｉｔｙｔｏｉｍｐｌｅｍｅｎｔｓｏｐｈｉｓｔｉｃａｔｅｄｃｏｎｔｒｏｌｓｃｈｅｍｅｓｗｉｔｈｏｕｔｃｈａｎｇｉｎｇｈａｒｄｗａｒｅｃｉｒｃｕｉｔ，锄ｄｓｏｏｎ・．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｔｈｅｄｅｓｉｇｎｉｎｇｏｆｈｉｇｈ—ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓｓｗｉｔｃｈｉｎｇｒｅｇｕｌａｔｏｒ１ｓｔｈｅｃｏｒｅｏｆｍｅＤＣｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍ，ａｎｄｉｔｓｆｕｎｃｔｉｏｎｉｓｃｏｎｖｅｒｔｉｎｇｓｉｎｇｌｅ—ｐｈａｓｅＡＣＰｏｗｅｒｒａｔｉｎｇｔｏｔｈｅ４８ＶＤＣｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙｆｏｒｒｅｃｈａｒｇｉｎｇｂａｔｔｅｒｉｅｓ，ａｎｄａｌｓｏｆｏｒｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓＰｏｗｅｒＳｕｐｐｌｙｅｑｕｉｐｍｅｎｔ．ＵｓｉｎｇＭｉｃｒｏｃｈｉｐ＇ｓｐｏｗｅｒｍａｎａｇｅｍｅｎｔｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ—－ｄｓＰＩＣ３０Ｆ２０２３ｄｉ百‘ａｌｓｉ弘ａｌｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｓａｔｔｈｅｃｏｒｅｏｆｄｉｇｉｔａｌｃｏｎｔｒ０１．Ｉｎｃｌｕｄｅ：ＺＶＳｆｕｌｌ－ｂｒｉｄｇｅｄｉｇｉｔａｌｒｅａｌｉｚａｔｌｏｎｏｆｃｕｒｒｅｎｔｃｏｎｔｒｏｌ１００ｐａｎｄｖｏｌｔａｇｅｃｏｎｔｒｏｌｌｏｏｐｔｏａｃｈｉｅｖｅｃｌｏｓｅｄ－ｌｏｏｐ，ｔｈｅａｎａｌｏｇｓｉｇｎａｌｃｏｌｌｅＣｔｉｎｇａｎｄｄｉｇｉｔａｌｆｉｌｔｅｒｉｎｇ，ａｎｄｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｎｇｔｏｔｈｅｍｏｎｉｔｏｒｓｙｓｔｅｍ・．１１１ｍｉｓｐ印ｃｒ’ａｒｏｕｎｄｔｈｅｓｔｕｄｙｏｆｓｗｉｔｃｈｉｎｇｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙ，ｒｅｓｅａｒｃｈＣａｎｂｅｄｉＶｌｄｅｄｉｎｔｏｔｈｅｆｏｌｌｏｗｉｎｇｓｅｃｔｉｏｎｓ：．．Ｆｉｒｓｔｏｆａ１１，ａｎａｌｙｚｅｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｓｔａｔｕｓｏｆｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓｐｏｗｅｒａｎｄｔｈｅｔｒｅｎｄｏｆｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，ｐｏｉｎｔｉｎｇｏｕｔｔｈｅａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｄｉｇｉｔａｌｐｏｗｅｒ；Ｓｅｃｏｎｄｌｖ，ｉｎａｃｃｏｒｄａｎｔｗｉｔｈｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｓｗｉｔｃｈｉｎｇｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙａｎｄｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｏｐｅｒａｔｏｒｓｔｏｉｄｅｎｔｉｆｙｄｅｓｉｇｎ；Ｔｈｉｒｄｌｙ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｆｏｍｏｆｄｅｓｉｇｎｔｏｄｅｔｅｒｍｉｎｅｔｈｅｄｅｓｉｇｎｉｎｇｏｆｈａｒｄｗａｒｅａｎｄｓｏｔｔｗａｒｅ；ＦｉｎａｌｌＶ’ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｄｅｂｕｇｇｉｎｇ，ｔｏｓｕｍｕｐｔｈｅｄｅｓｉｇｎ，ｆｕｒｔｈｅｒｗｏｒｋｐｒｏｓｐｅｃｔｓ・Ｔｈｅ６ｎａｌｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｉｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｓａｓｃｏｒｅｏｆｔｈｅＤＣｐｏｗｅｒｓｕＰＰｌＹｓｙｓｔ锄ｏｆｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓｓｙＳｔ锄（ｓｕｃｈａｓｔｈｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｏｆｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍ，ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔｏｆｔｈｅｓｗｌｔｃｈｉｎｇｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙｓｙｓｔ锄ｓ，ｅｍｂｅｄｄｅｄｓｗｉｔｃｈｉｎｇｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙｓｙｓｔｅｍｓ）・Ａｓａｒｅｓｕｌ‘，ｔｈｅｓｙｓｔ锄ａｌｓｏｈａｓｔｏｍｅｅｔｔｈｅｄｅｍａｎｄｓｏｆｐａｒａｌｌｅｌａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，ｒｅｍｏｔｅｃｏｎｔｒｏｌ，ｒｅｍｏｔｅｃｏｎｍｕｍｃａｔｌｏｎ，ｒｅｍｏｔｅｔｅｓｔｉｎｇａｎｄｏｔｈｅｒｆｕｎｃｔｉｏｎｓ・一．Ｋｅｖｗｏｒｄｓ：ｓｗｉｔｃｈｉｎｇｍｏｄｅｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙ；ｄｉｇｉｔａｌｃｏｎｔｒｏｌ；ｒｅｇｕｌａｔｏｒ；ｃｌｏｓｅｄＩｏｏｐ；ｃｏｎｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙ武汉科技大学研究生学位论文创新性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师指导下，独立进行研究所取得的成果。除了文中已经注明引用的内容或属合作研究共同完成的工作外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。论文作者签名：鏖堕透日期：趁星：！兰：乡研究生学位论文版权使用授权书本论文的研究成果归武汉科技大学所有，其研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解武汉科技大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门（按照《武汉科技大学关于研究生学位论文收录工作的规定》执行）送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅，同意学校将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索。论文作者签名：指导教师签名：日期：武汉科技大学硕士学位论文第１页第一章绪论１．１引言随着电信技术的飞速发展，电信网络日益复杂，因此对网络运行的动力基础——通信电源系统提出了更高的要求。电源在通信系统中发挥着至关重要的作用。在通信行业中，人们通常把电源比喻为通信系统的１心脏”。从宏观、全局和经营效益的角度来看，通信电源似乎显得并不十分抢眼，但从微观和电源专业本身来看，从确保通信质量、生产安全和财产安全的角度提出高度重视通信电源的运行管理与应用研究，将有助于中国电信更好地抓好通信的基础——电源的建设与管理。通信电源的实用性在通信枢纽大楼里，在卫星地面站、光缆、微波中继站、国际海光缆登陆站等所有需要安装电器设施和通信设备的地方，都需要首先建设好电源和通信电源。同时国家已经下达了三年节能的硬性指标；另外银行等金融机构对通信电源的稳定性、可持续性和安全性等也提出了新的要求。因此，开发和制造新的通信电源已经是时代的需要和大势所趋。未来通信电源技术将朝向高效节能、网络管理、全数字化控制、安全环保的方向发展，这为通信电源技术和标准奠定了可持续发展的基础，而电信业最新重组后的市场格局、３Ｇ建设和个运营商的全业务运营，也为通信电源的发展提供了难得的机遇。ｐ】贯彻国家产业政策、电源标准、推广电源节能解决方案、研制电源新技术新产品，是通信电源设备开发和制造商的当务之急。而数字电源以其优异的特性被越来越多通信电源开发制造商和客户所青睐。数字电源控制技术为制造商和用户提供的好处如下：（１）无调谐环路元件，这可避免故障和误调；（２）较宽的稳定工作范围；（３）消除了物理元件公差所引起的环路不一致性，使部件重复性更好；（４）变更／更新可人为下载；（５）传统电源改型只需最少或无测试方案的改变；（６）具有产生虚拟电源元件的能力，使成本降低；（７）较好的自诊断能力；（８）降低系统主机要求；（９）自动制造测试和调节，导致较好的一致性和较低的成本。所以，本论文所设计的数字开关电源是顺应时代发展需求的新型通信电源产品。在介绍数字电源前有必要了解一下通信电源的重要作用，接着分析一下数字电源的发展现状和发展趋势。１．２通信电源的功能和重要性现代社会各方面都离不开现代化的通信。而任何一种现代通信设备如程控交换机、光通信、无线通信、Ｉｎｔｅｍｅｔ等，一刻都离不开电。通信电源是确保整个通信系统正常运行的第２页武汉科技大学硕士学位论文关键设备，常称为是整个电信网的“心脏”。【６】１．２．１通信设备对电源的要求复杂的通信设备和系统对通信电源的组成和性能在多方面提出了高要求。（１）直流供电或交流供电现代通信设备普遍是电子电路和计算机电路，需要多种直流电压供电。通常大型通信设备和大型计算机等专用设备用直流供电，考虑的是可靠性高；小型通用型设备用交流供电，取其机动性好。（２）不间断供电对通信设备的不间断供电极为重要。由蓄电池直接保证不问断的直流供电系统的可靠性最高；交流电不间断供电系统也能做到不间断供电，但可靠性低于直流不间断供电系统。（３）电压准确、稳定对于保证不问断供电的蓄电池的长期浮充电压通常应为（２．２３Ｖ＋０．０２Ｖ）／只，否则价格很贵的蓄电池的寿命会缩短。（３）杂音电压小对通信的干扰小，例如，语音通信的杂音小，图像通信的条纹干扰小，数字通信的误码率低等。（４）高的效率节能、减小电源设备的发热、提高可靠性、减小设备的体积与重量都要求高效率，许多电路技术（软开关、回能吸收等）的发展都是为了高效率。（５）少污染不影响电网供电质量（绿化），输入功率因数高，输入谐波电流小、采用软启动减小冲击电流。（６）自动保护一旦出现不正常现象，如输入、输出电压或电流过大、温升过高等应立即采取切断电源等保护措施，避免故障的扩大，并保证系统的Ｊ下常供电。（７）防雷、防过压雷击和电网的操作过电压是环境的偶发因素，但并非少见，而且是使设备意外损坏的重要因素。（８）自动检测和集中控制可节省人力和提高系统可靠性。通信系统已实现的是一些通信局站和区域的集中监控，正在向城市集中监控的方向努力，目标是全国集中监控。（９）其他在规定的环境温度和湿度范围内正常工作、故障率低、寿命长等。１．２．２通信电源不问断供电的重要性（１）电话局不间断供电系统的重要性电话局的交换机采用直流供电，其主要