电力电子装置控制系统的DSP设计方案

A／D转换是控制系统中的必备重要环节，其转换精度决定了整个控制系统性能的优劣。虽然2407aDSP内置10位高速A／D模块，但该模块存在以下缺点；只能接收0~3.3V的单极性信号输入，对于交流信号需要另外设计限幅抬压电路；同一排序器内各通道串扰严重；10位的转换精度难以满足高性能系统的要求。本文选用Maxim公司的14位高速A／D芯片MAXl25作为外部模数转换器。其输入信号范围±5 V，通道最大承受过压可达±17V，简化了信号调理电路；单路转换时间3μs；拥有A、B两组信号输入端，每组四个输入通道，内置四路采样保持器。MAXl25可以和DSP并行工作，从而减轻了DSP的工作负担。MAXl25数据、地址线通过总线隔离驱动芯片74HC245与2407aDSP的数据线连接，片选信号由GAL提供，电路结构如图4所示。

2.2 键盘与液晶显示
2407a DSP有多达41个通用、双向的数字I／O引脚，其中大多数都是基本功能和一般I／O功能复用。将IOPF0~IOPF5六个端口设置为一般I／O口输入方式，实现键盘输入功能。液晶显示器采用内藏T6963C控制驱动器图形液晶显示模块。T6963C是大规模点阵式图形液晶显示控制器，通过8位并行数据总线和一组控制总线进行指令和数据传递。采用间接控制方式实现对液晶显示模块的控制，即DSP的IOPE0~IOPE7与T6963C的数据线相连，IOPB4~IOPB7分别与T6963C的写选通信号、读选通信号、片选信号和通道选择信号相连，实现控制功能。与直接访问方式相比，间接方式减轻了总线负担。键盘与液晶显示电路结构如图8所示。

2.3 同步电路设计
装置中，功率器件的控制信号都必须以某时间基准为参考，因此同步信号相位的准确性直接影响电力电子装置的性能。通常同步信号取至系统电源电压。图9为同步信号采集电路，一次侧电压经PT降压后，经通带中心频率为50Hz的硬件带通滤波器滤波后，比较器LM311将交流正弦信号转换为同频同相方波信号，再通过与门整形后用光耦4N25实现隔离与电平转换，输出信号送入DSP的捕获引脚，供捕获单元上跳沿中断。通过合理配置Rl、Cl、R2、C2的参数，可实现对50Hz的有效信号不相移的滤波环节，从而避免了采集电路带来的附加相移。

3 制作PCB板注意事项
①控制器的PCB板最好制成四层板(即除了顶层和底层外，添加了电源层和地层，用内层分割技术可以把3.3V和5V放在一层，模拟地和数字地放在一层)，可明显提高整个系统的抗干扰性能。一般情况下，四层板比两层板的噪声低20 dB。四层板效果虽好，但制作费用高，且不易查错。双面板最好在顶层和底层都铺铜，分别与系统数字地线和电源线连接，也可起到很好的抗干扰效果。

②铜膜线宽的最小值取决于流过它的电流大小，一般不宜小于O.2 mm。只要电路板面积无特殊限制，线宽和间距最好选用0.3mm。通常情况下，l~1.5mm的线宽允许流过2 A的电流。地线和电源线宽度最好不小于l mm。

③Protel 99 SE没有提供2407a的封装，需要依据原文资料提供的尺寸自行创建。用Prote1 99 SE的向导自动生成封装既方便，精度又高．因为2407a为贴片式封装，引脚细小，间距窄。建议把引脚设为长1.50mm，宽0.35mm，引脚间距0.50mm．这样容易焊接，不易造成短路。

④所有连接DSP时钟模块的导线必须尽可能短。当连接PLL引脚时，应注意以下几个方面：使用短引线连接PLLVCCA引脚到低通滤波器；使旁路电容最近连接到PLLVCCA和VSS间；使这些导线、芯片和旁路电容形成的环路面积最小。面积越大则电磁干扰越大。

⑤PCB板上的数字地与模拟地应分开布线，通过电感或磁珠单点连接，避免互相干扰。因为一般数字电路的抗干扰能力强，TTL电路的噪声容限为0.4~0.6V，CMOS数字电路的噪声容限为电源电压的O.3~0.45倍；而模拟电路部分只要有微伏级的噪声，就足以使其工作不能正常。

⑥在DSP和其他芯片的电源与地之间就近跨接0.Ol~0.1μF的去耦电容，以提供和吸收芯片通断电瞬间的充放电电能，且能旁路芯片产生的高频噪声。

4 结 论
基于TMS320LF2407aDSP的电力电子装置控制器，具有通用性。通过在有源电力滤波器装置中使用，证明该控制系统各单元工作可靠，整体配合良好。对从事相关硬件设计的工程技术人员，有一定的参考价值。