全數(shù)字dc-dc變換器研究

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1、引言移相全橋ZVSDC-DC變換器是口前應(yīng)用最廣泛的軟開(kāi)關(guān)電路之一。作為一?種具有優(yōu)良性能的移相全橋變換器，其兩個(gè)橋怦的開(kāi)關(guān)管均在零電壓軟開(kāi)關(guān)條件下運(yùn)行，開(kāi)關(guān)損耗小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，順應(yīng)了直流電源小型化、高頻化的發(fā)展趨勢(shì)，因此在中大功率DC-DC變換場(chǎng)合得到了廣泛應(yīng)用，而系統(tǒng)數(shù)字化控制可進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠性。數(shù)字化系統(tǒng)具備完整的可編程能力，它使程序修改.算法升級(jí)、功能移植都非常容易，相對(duì)于模擬控制方式具有明顯的優(yōu)勢(shì)。DC-DC變換器的數(shù)字化控制是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)之一。本文分析了主電路原理，采用TMS320LF2407作為主控芯片實(shí)現(xiàn)了ZVSDC-DC變換器的全數(shù)字控制，并給出了實(shí)驗(yàn)結(jié)

2、果。1主電路拓?fù)浼肮ぷ髟鞿VSPWMDC-DC全橋變換器的主電路結(jié)構(gòu)如圖1所示，莫主要波形如圖2所示。由圖1可見(jiàn)，電路結(jié)構(gòu)與普通雙極性PWM變換器類(lèi)似。Q仁D1和Q4、D4組成超前橋臂、Q2、D2和Q3.D3組成滯后橋臂;C1?C4分別是Q1?Q4的諧振電容，包括寄生電容和外接電容；Lr是諧振電感，包括變壓器的漏感；T副方和DR仁DR2組成全波整流電路,L仁Cf組成輸出濾波器,FU是負(fù)載。Q1和Q3分別超前Q4和Q2—定相位（即移相角），通過(guò)調(diào)節(jié)移相角的人小來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓。由圖2可見(jiàn)，在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期屮，移相全橋ZVSPWMDC-DC變換器有12種開(kāi)關(guān)模態(tài)，通過(guò)控制4個(gè)開(kāi)關(guān)管Q

3、1?Q4在A、B兩點(diǎn)得到一個(gè)幅值為Vin的交流方波電壓：經(jīng)過(guò)高頻變壓器的隔離變壓后，在變壓器副方得到一個(gè)幅值為Vin/K的交流方波電壓，然后通過(guò)由DR1和DR2構(gòu)成的輸出整流橋，得到幅值為Vin/K的直流方波電壓。這個(gè)直流方波電壓經(jīng)過(guò)Lf和Cf紐成的輸出濾波器后成為一個(gè)平直的直流電氐其電壓值為Uo=DVin/K（D是占?空比）。Ton是導(dǎo)通時(shí)間Ts是開(kāi)關(guān)周期仃二t任t0）o通過(guò)調(diào)節(jié)占空比D來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓UOoCT圖1變換器主電路結(jié)構(gòu)山波形圖可見(jiàn)，移相全橋電路控制方式的特點(diǎn)是：①在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期Ts內(nèi).每個(gè)開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)間都略小于Ts/2,而關(guān)斷時(shí)間略大于Ts/2。②同一個(gè)半橋屮，上、

4、下兩個(gè)開(kāi)關(guān)不能同時(shí)處于開(kāi)通狀態(tài)，每個(gè)開(kāi)關(guān)關(guān)斷到另一個(gè)開(kāi)關(guān)開(kāi)通都要經(jīng)過(guò)一定的死區(qū)時(shí)間。③比較互為對(duì)角的兩對(duì)開(kāi)關(guān)管Q仁Q4和Q2、Q3的開(kāi)關(guān)西數(shù)波形，Q1的波形比Q4的波形超就0?Ton/2時(shí)間，02的波形比03的波形超前0?丁0門(mén)/2時(shí)間，

5、大

6、此8和02為超前橋悌Q3和Q4為滯后橋臂。2控制芯片TMS320LF2407ATMS320LF2407A是TI公司設(shè)計(jì)的一種數(shù)字信號(hào)處理器，具有接口方便.編程簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好.粘度高、方便以及可重復(fù)性等優(yōu)點(diǎn)。TMS320LF2407A部分功能如下：①工作電壓3?3V,有4種低功耗工作方式。電路設(shè)計(jì)時(shí)需考慮電平轉(zhuǎn)換，不耍超過(guò)DSP的工作電壓。

7、②單指令周期最短為25ns(40MHz),最高運(yùn)算速度可達(dá)40MIPS,四級(jí)指令執(zhí)行流水線。低功耗，有利于電池供電的場(chǎng)合；而高速度非常適用于電動(dòng)機(jī)的實(shí)時(shí)控制。③擁有2個(gè)專(zhuān)用于電動(dòng)機(jī)控制的事件管理器(EV).每一個(gè)都包含：2個(gè)16位通用定時(shí)器，8個(gè)16位脈寬調(diào)制(PWM)輸出通道，1個(gè)能夠快速封鎖輸出的外部引腳/PDPINTx(其狀態(tài)可從COMCONx寄存器獲得)，可防ll:±F橋臂宜通的可編程死區(qū)功能，3個(gè)捕捉單元，1個(gè)增雖:式光電位置編碼器接口。①16通道10位A/D轉(zhuǎn)換器，具有可編程口動(dòng)排序功能，4個(gè)啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換的觸發(fā)源，最快A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間為375ns<>②控制器局域網(wǎng)(

8、CAN)2.0B模塊。③串行接口SPI和SCI模塊。④基于鎖相環(huán)的時(shí)鐘發(fā)牛?器(PLL)。?41個(gè)通用I/O引腳。⑨32位累加器和32位屮央算術(shù)邏輯單元(CALU)；16位切6位并行乘法器?可實(shí)現(xiàn)單指令周期的乘法運(yùn)算；5個(gè)外部中斷。⑩"49.1-1990IEEE標(biāo)準(zhǔn)的JTAG仿真接口。(11)很寬的工作溫度范I乩普通級(jí)為40?85°C,特殊級(jí)為40?125°C。3系統(tǒng)的數(shù)字實(shí)現(xiàn)圖3為變換器喚件結(jié)構(gòu)框圖。由圖可見(jiàn)，系統(tǒng)采用閉環(huán)控制方式，將變換器兩側(cè)的電壓、電流經(jīng)霍爾檢測(cè)電路檢測(cè)并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓信號(hào)進(jìn)行濾波，所得的反饋信號(hào)一方面送入DSP片內(nèi)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換厲進(jìn)行閉環(huán)控制運(yùn)算，同時(shí)

9、送到故障保護(hù)電路。木系統(tǒng)電壓環(huán)采用PI調(diào)節(jié)器。數(shù)7PI調(diào)節(jié)器根據(jù)給定值和反饋信號(hào)值進(jìn)行偏差調(diào)節(jié)，其輸出結(jié)果決定J'超詢(xún)、滯后臂Z間PWM驅(qū)動(dòng)波形移相角的人小，從而使控制量跟蹤給定甌DSP發(fā)出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)電平轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換丿二送到驅(qū)動(dòng)芯片M57962L形成垠終的IGBT驅(qū)動(dòng)信號(hào)。故障保護(hù)電路則對(duì)電流、電壓反饋信號(hào)進(jìn)行判斷、處理，在故障發(fā)生時(shí)給出故障信號(hào)并從軟件上置PWM為無(wú)效方式，碩件上立即封鎖IGBT驅(qū)動(dòng)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)。數(shù)碼管顯示電路由帶SPI接口的MAX7219和多位數(shù)碼管組成。M