巧用DSP在電源設計中的應用

　　在DSP 中，所有的值都用二進(jìn)制來(lái)表示。所以，在公式（ 5） 里所有變量的取值均為無(wú)符號整數的前提下，A 的獲得就簡(jiǎn)化成了對θ 進(jìn)行（ W – X） 次的右移。

　　從而大大降低DSP 的運算量。以相位分辨率≤0. 03°為例，P 取值16384 =214，A 的表達式即簡(jiǎn)化為θ /218。

　　3 信號測量

　　信號需要測量頻率、有效值、相位三個(gè)參量。信號處理電路采用傳統的互感器采樣加低通濾波。電壓信號處理電路比電流信號處理電路，多設置一過(guò)零比較的波形變換功能單元，其作用是將電壓被測信號由正弦波變換為方波，為信號測量提供周期信號。

　　3. 1 頻率測量

　　頻率測量相對簡(jiǎn)單，采用傳統的脈沖填充法，即DSP 利用周期方波作為中斷信號，用DSP 的計數脈沖的頻率除以中斷間隔內計數器的計數脈沖數，就可獲得輸出信號的頻率。

　　3. 2 有效值測量

　　有效值測量即對被測信號進(jìn)行區域內積分后取平均值。通過(guò)RC 電路實(shí)現硬件積分，響應速度慢，且增加相應的硬件開(kāi)銷(xiāo)。而利用DSP 的高速計算能力，通過(guò)相應計算即可得出有效值，可提高相應速度，節省硬件開(kāi)銷(xiāo)。

　　式中Vm為有效值; T 為采樣周期; Um為被測正弦波峰值;ω 為被測正弦波角頻率; φ 為被測正弦波初始相位。

　　積分的計算過(guò)程，等價(jià)于在積分區間內對被測信號進(jìn)行足夠多的、等間隔采樣，并進(jìn)行累加求和計算。因此，公式 可變換為：

　　為保證測量值的準確，被測信號每個(gè)周期內的采樣次數應≥100。因此，在以標準時(shí)鐘脈沖fclk（ 1MHz） 為計時(shí)基準、被測信號最高頻率65Hz 時(shí)，每次采樣間隔應≤153 個(gè)標準時(shí)鐘脈沖。

　　3. 3 相位測量

　　相位的測量，借鑒了模擬數字混合乘法器進(jìn)行矢量測量的原理。模擬數字混合乘法器進(jìn)行矢量測量的原理如下：

　　對于正弦信號，矢量測量就是測量相對于標準正弦信號的相位和幅值。如圖2 所示，設被測信號V（ t） = U（ t） sin（ ωt + φ） ，兩片Rom 中分別存有正弦和余弦函數表，鎖相環(huán)實(shí)現數字sin^（ ωt） ，cos^（ ωt） 與V（ t） 同頻同步。模擬信號V（ t） 輸入到乘法型D/A 的參考電壓端，與數字量sin^（ ωt） ，cos^（ ωt） 在D/A 轉換器實(shí)現模擬數字混合乘法運算，低通濾波器完成積分求平均值運算，低通濾波輸出的是直流信號。

　　綜上所述，模擬數字混合乘法器矢量測量的原理可簡(jiǎn)述為，將被測信號幅值與標準正弦、余弦分別相乘并計算其有效值，然后通過(guò)對兩有效值進(jìn)行反正切運算即可獲得被測信號與標準信號的相位差。

　　從公式可以看出，被測信號的采樣值，在相位測量中可被重復利用。因此相位測量也可以采用與有效值測量相同的時(shí)鐘脈沖及采樣間隔。從圖2 中可以看出，被測信號與標準正弦D/A、余弦D/A 的相乘，其實(shí)質(zhì)是被測信號采樣值與標準正弦、余弦查表值相乘。由于相位測量的采樣以標準時(shí)鐘脈沖fclk為計時(shí)基準，每次采樣前必有一個(gè)剛被查表取出的電壓正弦波數據值被送至D/A 輸出，該數據值對應相位累加器輸出值θ 。根據正弦與余弦的函數關(guān)系式cosa =sin（ a + 90°） ，將θ 偏移2W-2 （ 此操作等價(jià)于移相90°后查表獲得余弦數據值。因此，模擬數字混合乘法器矢量測量相位，完全可以通過(guò)DDS 的查表功能與有效值測量功能相結合，利用軟件來(lái)實(shí)現。

　　4 結束語(yǔ)

　　通過(guò)對DDS 和模擬數字混合乘法器矢量測量原理的分析，提出了以DSP 嵌入式系統為硬件基礎，利用軟件編程實(shí)現DDS 相位邏輯運算、積分運算、矢量的模擬數字混合乘法的設計思路。采用該設計思路進(jìn)行電源，可大大簡(jiǎn)化硬件設計，節省硬件成本，縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間。