一種基于DSP芯片與CAN總線(xiàn)的電源監控系統設計

電源技術(shù)發(fā)展的方向之一是運用電源模塊并聯(lián)技術(shù)實(shí)現功率合成，組成積木式、智能化的分布式大功率電源系統。為使并聯(lián)的各個(gè)模塊協(xié)調工作，對分布式電源系統進(jìn)行可靠的監控是電源技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)之一。

目前對分布式電源監控普遍采用的做法存在的問(wèn)題主要在數字化程度不高，速度不夠快，精度和可靠性不夠高等問(wèn)題，然而在工業(yè)控制中電源控制顯的十分的重要。

1 電源監控系統總體設計

傳統電源系統并聯(lián)系統多是采用模擬的方法實(shí)現模塊間的電流均流的，但存在著(zhù)一些共同的不足：必須有均流控制母線(xiàn)，需要增加專(zhuān)門(mén)的均流控制器。且均流母線(xiàn)屬于模擬電平信號線(xiàn)，抗干擾能力較弱;難于保證電源模塊調制頻率的一致。同時(shí)，當多個(gè)子并聯(lián)電源單元組成分布式電源系統時(shí)，對整個(gè)系統進(jìn)行實(shí)時(shí)、準確的統一監控和調度意義重大。

電源監控實(shí)現的前提條件就是能在各子單元和監控單元之間通信，本系統設計就使用了在工業(yè)場(chǎng)合經(jīng)常使用的具有存在自適應、自保護功能脆強，抗干擾能力強的CAN總線(xiàn)。

本系統由8塊控制單元和1塊中央監控單元組成?？刂茊卧捅O控單元之間通過(guò)CAN總線(xiàn)進(jìn)行數據傳輸，各單元自成一個(gè)CAN節點(diǎn)。每個(gè)單元的核心處理器都是r11公司的TMS320F2812 DSP 芯片。每個(gè)控制單元有一個(gè)用戶(hù)而板與之對應?？刂茊卧兔姘逋瓿擅繉与娫茨K的電源參數采集，均流基準輸出，“遙/本采”及“遙，本調”切換，面板狀態(tài)信息顯示：中央監控單元完成對各層控制單元采集數據的實(shí)時(shí)匯總顯示以及對各層電源模塊的“遙調”，系統整體結構如圖1所示。

圖1系統控制單元結構圖

2 系統中央監控單元與外圍電路設計

中央監控單元可實(shí)現模塊信息的匯總顯示和對各層電源的“遙調”。各層控制單元采集和處理的數據經(jīng)CAN總線(xiàn)傳送給中央監控單元。這些信息可以在OLED屏幕上分頁(yè)顯示，可接受來(lái)自鍵盤(pán)的操作自由選擇要顯示的信息。“遙調”值也是通過(guò)鍵盤(pán)輸入得到。本系統選用的處理器是TI公司的TMS320F2812，此處理器是一款32位定點(diǎn)數字信號處理器，處理速度可以達到150MIPS。該處理器還集成了128KB的Flash存儲器和128位的密碼保護機制，從而大大改善了應用的靈活性。同時(shí)片上還集成了16通道高性能12位ADC單元，提供了兩個(gè)采樣保持電路，可

以實(shí)現雙通道信號同步采樣，中央監控單元結構圖如圖2所示。

中央監控單元結構圖

2.1ADC模塊電路設計

TMS320F2812內部的ADC模塊是一個(gè)12位帶流水線(xiàn)的模數轉換器，模數轉換單元的模擬電路包括前向模擬多路復用開(kāi)關(guān)(MUXs)、采樣/保持(S/H)電路、變換內核、電壓參考以及其他模擬輔助電路。模數轉換單元的數字電路包括可編程轉換序列器、結果寄存器、與模擬電路的接口、與芯片外設總線(xiàn)的接口以及其他片上模塊的接口，ADC模塊接線(xiàn)如圖3所示。

圖3 ADC模塊接線(xiàn)圖

2.2 eCAN模塊電路設計

CAN總線(xiàn)是一種多主串行通信方式，具有高級別的安全性，可以有效地支持分布式適時(shí)控制。CAN總線(xiàn)具有較強的抗干擾能力，可以在強噪聲干擾和惡劣工作環(huán)境中可靠的工作TMS320F2812的CAN控制器為DSP提供完整的CAN協(xié)議，減少了通信時(shí)的處理器開(kāi)銷(xiāo)。eCAN模塊主要由CAN協(xié)議內核fCPK)和消息控制器構成。

CAN協(xié)議內核主要完成兩個(gè)功能：根據CAN協(xié)議對CAN總線(xiàn)上接收到的消息進(jìn)行解碼，向接受緩沖發(fā)送解碼后的消息：CAN協(xié)議內核的另外一個(gè)功能是根據CAN協(xié)議在CAN總線(xiàn)上傳送消息。消息控制器對CAN協(xié)議內核接收到的消息進(jìn)行判定，決定留給CPU使用還是丟棄，消息控制器還根據消息的極性將下一個(gè)消息發(fā)送到CAN協(xié)議內核(CPK)。CAN通信電路中，其中Rx和Tx分別是DSP的GPIOF7和GPIOF6引腳。上電初始它們默認為通用I/O引腳，通過(guò)軟件配置町實(shí)現為eCAN模塊接收和發(fā)送數據。

本系統使用的是德州儀器公司生產(chǎn)的SN65HVD2303.3V CAN收發(fā)器，該收發(fā)器具有一差分收發(fā)能力、斜率控制、具有一抗寬范圍的共模干擾、電磁干擾(EMI能力、高輸入阻抗和最多允許120個(gè)CAN節點(diǎn)等特點(diǎn)。SN65HVD230具有一高速、斜率和等待3種不同的工作模式。其工作模式控制可通過(guò)設置RS控制引腳來(lái)實(shí)現。

本設計中，考慮到信息的實(shí)時(shí)顯示和控制以及傳送的數據量較大且通信距離不長(cháng)，為了提高信息的實(shí)時(shí)顯示和控制能力，故采用高速模式。把RS引腳接地。由于各個(gè)控制單元電氣上是隔離的，通過(guò)光隔把控制單元和CAN通信部分隔離開(kāi)來(lái)。為了電平匹配，采用了LVTTL/LVCMOS兼容高速光隔，本設計采用Agilent公司的HCPL-260L。