基于TMS320C6713和FPGA的数字电源控制模块设计

1、引言

重离子加速器冷却储存环（HIRFL―CSR）是国家“九五”期间重点工程，主要是由主环CSRm和实验环CSRe组成，可以实现对重离子的同步加速、冷却和储存。磁铁与电源组成加速器的磁场系统，用来产生约束磁场。储存环电源系统为环二极磁铁、四极磁铁、六极磁铁等提供励磁电源。CSR电源属直流稳流电源，但与普通稳流电源完全不同。其主要特点是环二极磁铁电源和环四极磁铁电源均为脉冲运行模式。要求电源有很高的电流长期稳定性、极低纹波、极高可靠性和极快速脉冲跟踪性，且二极磁铁电源和四极磁铁电源必须同步运行。为了减少偏转磁场的离散度，主环与实验环二极磁铁电源串联连接，各有一台电源供电。

这种电源在构成系统时选用元器件的精度和其温漂直接影响整体性能指标，普通元器件构成的调节器可能无法满足其精度要求。为此，我们采用了基于TMS320C6713高速DSP的数字调节器实现方案。

2、数字电源控制模块的设计

随着单片机技术的发展和控制理论研究的深入，电源的数字化控制也从比较简单的MCU加电源芯片的控制结构发展到利用高性能DSP及FPGA进行PWM、通信、监控的全数字化控制结构。本系统主要由TMS320C6713、FPGA1K30、CPLD和模数转换电路等组成，控制系统框图如图1所示。

控制系统中各个模块单元的功能如下。

2.1 主控处理单元

本设计中采用美国TI公司TMS320C6713数字信号处理芯片，是TI公司生产的一种高速数字信号处理器（DSP），采用先进的超长指令（VLIW）TMS320C67xTMDSP内核，最高时钟频率可以达到300MHz，指令周期最小3.3ns；最高运算速度：2400/1800MIPs/MFLOPs。为了加快处理速度，采用2级cache。芯片内部有16通道EDMA控制器，能够高速处理几乎所有I/O和存储器的接口问题，大大地提高芯片吞吐速度。外部总的存储器空间最大512MB，数据宽度32b，可以支持SBRAM，SDRAM，SARAM，FLASH和EPROM。TMS320C6713与外部I/O接口可以通过FFA构造的I/O端口、HPI口、多通道缓冲（McBSP）口、SPI口、I2C口等几种主要方式。

系统中DSP主要用来完成数据的采集、控制算法的运算。数字化电源的输出电流经过A/D转换后送入DSP，经过DSP控制算法计算，由反馈于给定值决定PWM的脉冲宽度，并将其送至FPGA。