基于dsp控制的数字式双向dc-dc变换器的实现

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1、基于DSP控制的数字式双向DC/DC变换器的实现

2、第1...数字控制的电力电子装置以数字控制器代替模拟硬件电路进行P控制，通过开关的快速切换实现电量的变换。以占空比量化为基础的数字功率变换器的数字控制，相对于传统的模拟控制有很多优点。数字滤波器是用来进行动态调节的，若设定其采样频率等于功率变换器的采样频率，量化占空比数字控制器可以工作在任何开关频率，而不须再补偿。通过对权系数的修改，可以方便地改变动态调节特性。同时，基本的数字控制器可以很容易地实现诸如输出电流限幅和软启动等特殊功能。本文基于对数字控制发展历程的总结，归纳了数字控制的优点。通过

3、对全桥隔离型的双向DC/DC变换器工作原理的分析，从简化硬件电路的角度出发，将控制功能全部集中起来由软件实现，试验中电压可调性和稳压输出都得到满足。同时，也由软件实现电路的双向运行，对蓄电池可以进行恒流充电。试验所采用的数字控制器是TMS320LF2407，整个控制系统为所开发的通用电力电子装置的数字控制平台。500)this.style.ouseg(this)">1数字控制双向DC/DC变换器基本结构及其工作原理随着科技和生产的发展，对双向DC/DC变换器的需求逐渐增多，主要包括直流不间断电源系统、航天电源系统、电动汽车、直流功率放大器及蓄

4、电池储能等应用场合。500)this.style.ouseg(this)">数字脉宽调制（DP）双向DC/DC变换器的基本结构如图1所示。本文采用全桥隔离型双向DC/DC变换器作为实验装置的主电路结构。控制器由模数转换器（ADC），DP控制模块和离散调节控制模块组成。500)this.style.ouseg(this)">其中ADC模块把可调量（典型的是采样输出电压Vout）离散量化，DP把控制信息转化为P脉宽信号，离散控制中心执行对反馈量的计算调制。下面对双向DC/DC主电路的工作原理进行简单分析，其主电路如图2所示。1.1原边对副边放电满

5、调制时S1～S4驱动波形如图3所示，图中的波形没有考虑死区，即认为开关管为理想器件。图3（a）中P1和P4同相，没有移相，此时副边输出电压最高，如果不计损耗，那么副边的输出电压为nVin，这是满调制时的输出，此时副边通过主开关反并二极管来整流，即为不控整流。原边的开关作用相当于把输入信号调制为交流的方波信号，副边二极管则把该信号解调为直流电压输出，此时不存在脉宽的空缺，同时封锁副边脉冲。变压器原边输入信号vab如图3（b）所示，由于S1及S4和S2及S3的脉宽均为T/2(T为开关周期)，vab正半波和负半波经历时间均为T/2(即π），vab经

6、过副边整流之后可得到最大的输出电压。移相控制时门极脉冲如图3(c)所示，S4门极脉冲比S1门极脉冲滞后一个角度θ，vab如图3（d）所示。因此，可以通过控制滞后角度θ的大小来控制输出电压。在数字控制器中可以用软件设定滞后角度θ来控制输出电压，即可以通过移相控制使输出电压可调。1.2副边对原边充电此时，如图3所示，只要把S5～S8的驱动信号与S1～S4的驱动信号互换，vab则由vcd替换即可，同样存在满调制和移相控制两种情况。但是，通常情况下充电要求恒流充电，因此，也可以通过移相控制来满足此要求。原副边的工作过程刚好与放电时相反。此处不再赘述。

7、2双向DC/DC数字化控制的软件实现双向DC/DC变换器，可以实现能量的双向传输。通常正向放电要求输出电压可调，而反向充电过程通常要求充电电流恒定不变。通过对S3和S2的移相控制可以实现副边输出电压的可调要求，同样，副边对原边进行充电时，可以通过移相控制使得充电电流恒定。500)this.style.ouseg(this)">主程序流程图和ADC的中断服务程序流程图分别如图4和图5所示，在软件进行移相控制实现输出电压可调的同时，软件实现电压环的调节，使输出稳压。由于TMS320LF2407内部带有ADC模块，因此，输出电压值通过电压LEM采样

8、反馈给DSP的ADC模块，在AD中断程序里读取采样值，然后进行数字滤波和数字PI调节，使输出稳压。一般充电要求是恒流充电，所以，充电时反馈用电流环,对原边的充电电流进行PI调节，实现恒流充电。本实验中原边供电电源为蓄电池，由于其电压为12V，真正要实现电流反向，使原边的二极管导通，考虑到变压器原副边的变比为1：2，副边电压必须超过24V时才能实现电流反向，故必须得对副边电压采样。对副边电压的采样，不仅实现了PI调节，同时也用来控制双向工作方式的切换。在双向DC/DC的负载端电压上升到一定程度时可以使能量倒流，对原边进行充电，使副边多余的能量能

9、够反馈给原边。500)this.style.ouseg(this)">电压采样和电流采样是实现输出电压可调及稳压和充电电流恒定的关键，在DSP的中断服务程序中对采样