【成功案例】国产DSP ADP32F03芯片替代TI DSP2812用于军工雷达系统开关电源，功能完全兼容、程序无需改动
摘 要：本文采用ADP32F03国产DSP作为主控芯片，设计了一款用于军工雷达系统上的模块电源。该模块电源是一种基于BUCK-LLC两级DC/DC变换器的双环定频控制方法。它将LLC谐振变换器的开关频率定位两元件谐振频率，同时使用差分电路采集BUCK-LLC两级DC/DC变换器的输出电压，使用电流传感器采集BUCK变换器电感电流进行双环控制。本文设计中LLC谐振变换器的增益保持不变，而通过双环控制调整BUCK变换器开关管的占空比来调节BUCK-LLC两级DC/DC变换器的输出电压。相对于传统的单环控制双环控制动态响应速度更快，稳态性能更好，且国产DSP ADP32F03不仅兼容DSP2812具备的功能，而且CPU主频能够达到150MHz。最后通过实物波形证实了该设计方案的可行性。
笔者从毕业至今在武汉永力睿源科技有限公司从事模块电源的研发已有6年之久，一直都是使用TI公司DSP C2000系列的主控芯片，并在CCS3.3编辑器下进行仿真编程。由于近期国际金融贸易的影响使得芯片国产化的变革愈演愈烈，对于一家军工企业来说芯片国产化的要求势在必行。目前很多重要的批量级项目平台都是基于DSP C2000系列芯片，若换一款新芯片的话不仅需要考虑其性能指标是否满足需求，而且还要熟悉其内部寄存器的使用且长期调试来达到稳定运行。后来就在网上搜到了国内一家做芯片的场商(进芯电子)，国内唯一可批量供货、自主知识产权、高可靠性的国产DSP。它能够兼容DSP几乎全部的功能，也就是说原有的平台程序不需要你做任何改动可直接烧录到该芯片中，在封装上也是与TI DSP系列大小一致。这样减少了很多的时间去调试验证，很快就重新开始了新项目的研发。
1 ADP32F03芯片功能介绍
图1 ADP32F03 芯片引脚图
图1对应的产品性能指标如表1所示：
表1 ADP32F03 产品性能指标
2 基于ADP32F03 芯片的BUCK-LLC+SR硬件设计
电源模块主电路原理图分别为前级BUCK如图2和后级LLC如图3所示：
图2 前级BUCK主电路原理图
图3 后级LLC+SR主电路原理图
ADP32F03芯片控制连接电路原理如图4所示：
图4 ADP32F03 芯片控制连接电路
由上图可知该电源模块是一种基于BUCK-LLC两级DC/DC变换器的双环定频控制方法。第一级采用Buck降压线路。该Buck部分是进行一次电压转变，达到中间母线预稳压处理的效果，如此可保证第二级谐振DC/DC设计不受高低压输入条件的影响，实现效率最优化，有效的弥补和解决传统方案的上述固有的缺陷。第二级采用半桥谐振线路。该谐振线路是以中间母线电压为输入，进行DC/DC变换，达到客户所需的输出电压要求和输出功率的要求。由于中间母线稳压的存在，其效率的优化设计不受模块高低压输入的影响，整个LLC其工作频率会有效的工作在拓扑效率最优点，即谐振频率处或谐振频率附近，实现半桥谐振原边开关管零电压开通，副边开关管零电流关断的特性，最终达到高低压效率的最优化。通过级联技术的选择，可以有效的减小高低压损耗的差异，进一步加强产品可靠性能力。
3 CCS软件调试ADP32F03 实现BUCK-LLC两级PWM发波
ADP32F03芯片在设计上它是兼容TI公司的F2812芯片，因此其内部寄存器和地址也是一样的使用，最重要的是它的主频也能够工作到150MHz，这样就不用担心PWM发波精度的问题使得输出文波能够满足客户需求。当然此芯片还集成了其它一些外设，例如CAN驱动芯片，可直接与外部CAN设备进行通讯。
如图5和图6所示介绍了在CCS3.3仿真环境下如何使用ADP32F03 实现BUCK-LLC两级PWM发波配置：
图5 前级BUCK PWM发波配置
图6 后级LLC+SR PWM发波配置
两级DC/DC变换器前级采用电压、电流双闭环控制如图7所示，后级LLC+SR采用定频控制原理。
图7软件电压、电流双环控制图
整个系统是通过二个反馈环路加以控制：
（1） 电压外环：由软件控制模块编程执行；
（2） 电流内环：由内部模拟比较器，DAC和PWM硬件电路实现。其中，环路控制单元的执行时间可以根据系统状态自行选择，如上图100KHz（等同于PWM频率），可以注意到对于中断频率的选择，必须大于开关频率，以便于做到及时有效的保护。
（3） 反馈补偿方面采用了双零双极的PI控制，提高系统带宽的同时，也保证了系统稳态裕量。
4 实验结果
在使用ADP32F03 芯片替代TI DSP2812芯片后，进行了三个月的调试和反复实验，中途也遇到各种硬件和软件的问题，最终成功的完成了项目。图8~10为调试中保存下来的实验波形，从图中可以看出，电源模块的启动波形、文波大小、空满载切换动态特性。
图8 电源模块的启动波形
图9 电源模块的稳态文波波形
图10 电源模块的25%载切满载动态波形
5 结论
通过实验结果可以看出采用ADP32F03芯片替代TI 的DSP2812是能够保证系统的稳定运行，而且该芯片具有主频高、低功耗、可靠性高、价格相对国内其它芯片便宜等有点。期待进芯后续能推出更多系列的DSP芯片，争取替代掉TI主流的DSP所有芯片。
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