全数字dc-dc变换器研究

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1、引言移相全桥ZVSDC-DC变换器是口前应用最广泛的软开关电路之一。作为一•种具有优良性能的移相全桥变换器，其两个桥怦的开关管均在零电压软开关条件下运行，开关损耗小，结构简单，顺应了直流电源小型化、高频化的发展趋势，因此在中大功率DC-DC变换场合得到了广泛应用，而系统数字化控制可进一步提高系统的可靠性。数字化系统具备完整的可编程能力，它使程序修改.算法升级、功能移植都非常容易，相对于模拟控制方式具有明显的优势。DC-DC变换器的数字化控制是当前的研究热点之一。本文分析了主电路原理，采用TMS320LF2407作为主控芯片实现了ZVSDC-DC变换器的全数字控制，并给出了实验结

2、果。1主电路拓扑及工作原理ZVSPWMDC-DC全桥变换器的主电路结构如图1所示，莫主要波形如图2所示。由图1可见，电路结构与普通双极性PWM变换器类似。Q仁D1和Q4、D4组成超前桥臂、Q2、D2和Q3.D3组成滞后桥臂;C1〜C4分别是Q1〜Q4的谐振电容，包括寄生电容和外接电容；Lr是谐振电感，包括变压器的漏感；T副方和DR仁DR2组成全波整流电路,L仁Cf组成输出滤波器,FU是负载。Q1和Q3分别超前Q4和Q2—定相位（即移相角），通过调节移相角的人小来调节输出电压。由图2可见，在一个开关周期屮，移相全桥ZVSPWMDC-DC变换器有12种开关模态，通过控制4个开关管Q

3、1〜Q4在A、B两点得到一个幅值为Vin的交流方波电压：经过高频变压器的隔离变压后，在变压器副方得到一个幅值为Vin/K的交流方波电压，然后通过由DR1和DR2构成的输出整流桥，得到幅值为Vin/K的直流方波电压。这个直流方波电压经过Lf和Cf纽成的输出滤波器后成为一个平直的直流电氐其电压值为Uo=DVin/K（D是占•空比）。Ton是导通时间Ts是开关周期仃二t任t0）o通过调节占空比D来调节输出电压UOoCT图1变换器主电路结构山波形图可见，移相全桥电路控制方式的特点是：①在一个开关周期Ts内.每个开关导通时间都略小于Ts/2,而关断时间略大于Ts/2。②同一个半桥屮，上、

4、下两个开关不能同时处于开通状态，每个开关关断到另一个开关开通都要经过一定的死区时间。③比较互为对角的两对开关管Q仁Q4和Q2、Q3的开关西数波形，Q1的波形比Q4的波形超就0〜Ton/2时间，02的波形比03的波形超前0〜丁0门/2时间，

5、大

6、此8和02为超前桥悌Q3和Q4为滞后桥臂。2控制芯片TMS320LF2407ATMS320LF2407A是TI公司设计的一种数字信号处理器，具有接口方便.编程简单、稳定性好.粘度高、方便以及可重复性等优点。TMS320LF2407A部分功能如下：①工作电压3・3V,有4种低功耗工作方式。电路设计时需考虑电平转换，不耍超过DSP的工作电压。

7、②单指令周期最短为25ns(40MHz),最高运算速度可达40MIPS,四级指令执行流水线。低功耗，有利于电池供电的场合；而高速度非常适用于电动机的实时控制。③拥有2个专用于电动机控制的事件管理器(EV).每一个都包含：2个16位通用定时器，8个16位脉宽调制(PWM)输出通道，1个能够快速封锁输出的外部引脚/PDPINTx(其状态可从COMCONx寄存器获得)，可防ll:±F桥臂宜通的可编程死区功能，3个捕捉单元，1个增虽:式光电位置编码器接口。①16通道10位A/D转换器，具有可编程口动排序功能，4个启动A/D转换的触发源，最快A/D转换时间为375ns<>②控制器局域网(

8、CAN)2.0B模块。③串行接口SPI和SCI模块。④基于锁相环的时钟发牛•器(PLL)。®41个通用I/O引脚。⑨32位累加器和32位屮央算术逻辑单元(CALU)；16位切6位并行乘法器•可实现单指令周期的乘法运算；5个外部中断。⑩"49.1-1990IEEE标准的JTAG仿真接口。(11)很宽的工作温度范I乩普通级为40〜85°C,特殊级为40〜125°C。3系统的数字实现图3为变换器唤件结构框图。由图可见，系统采用闭环控制方式，将变换器两侧的电压、电流经霍尔检测电路检测并转换成相应的电压信号进行滤波，所得的反馈信号一方面送入DSP片内进行A/D转换厉进行闭环控制运算，同时

9、送到故障保护电路。木系统电压环采用PI调节器。数7PI调节器根据给定值和反馈信号值进行偏差调节，其输出结果决定J'超询、滞后臂Z间PWM驱动波形移相角的人小，从而使控制量跟踪给定甌DSP发出的驱动信号经电平转换电路进行电平转换丿二送到驱动芯片M57962L形成垠终的IGBT驱动信号。故障保护电路则对电流、电压反馈信号进行判断、处理，在故障发生时给出故障信号并从软件上置PWM为无效方式，硕件上立即封锁IGBT驱动，对系统进行保护。数码管显示电路由带SPI接口的MAX7219和多位数码管组成。M