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全数字DC-DC变换器研究
发布时间:2017-01-23 阅读：次 [打印文章] [关闭窗口]引 言
移相全桥ZVS DC-DC变换器是目前应用最广泛的软开关电路之一电源电感器。作为一种具有优良性能的移相全桥变换器，其两个桥臂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ZVS DC-DC变换器的全数字控制，并给出了实验结果。1 主电路拓扑及工作原理
ZVS PWM DC-DC全桥变换器的主电路结构如图1所示，其主要波形如图2所示。由图1可见，电路结构与普通双极性PWM变换器类似。Q1、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DR1、DR2组成全波整流电路，Lf、Cf组成输出滤波器，R1是负载。Q1和Q3分别超前Q4和Q2一定相位(即移相角)，通过调节移相角的大小来调节输出电压。由图2可见，在一个开关周期中，移相全桥ZVS PWM DC-DC变换器有12种开关模态，通过控制4个开关管Q1～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组成的输出滤波器后成为一个平直的直流电压，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(T=t12- t0)。通过调节占空比D来调节输出电压Uo。
由波形图可见，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同一个半桥中，上、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Q1、Q4和Q2、Q3的开关函数波形，Q1的波形比Q4的波形超前O～Ton／2时间，Q2的波形比Q3的波形超前0～Ton／2时间，因此Q1和Q2为超前桥臂，Q3和Q4为滞后桥臂。2 控制芯片TMS320LF2407A
TMS320LF2407A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、精度高、方便以及可重复性等优点。TMS320LF2407A部分功能如下：
①工作电压3．3 V，有4种低功耗工作方式。电路设计时需考虑电平转换，不要超过DSP的工作电压电感器生产厂家。
②单指令周期最短为25 ns(40 MHz)，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)，可防止上下桥臂直通的可编程死区功能，3个捕捉单元，1个增量式光电位置编码器接口。
④16通道10位A／D转换器，具有可编程自动排序功能，4个启动A／D转换的触发源，最快A／D转换时间为375 ns。
⑤控制器局域网(CAN)2．0B模块。
⑥串行接口SPI和SCI模块。
⑦基于锁相环的时钟发生器(PLL)。
⑧41个通用I／O引脚。
⑨32位累加器和32位中央算术逻辑单元(CALU)；16位×16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。
⑩1149．1-1990 I功率电感器EEE标准的JTAG仿真接口。
⑾很宽的工作温度范围，普通级为-40～85℃，特殊级为-40～125℃。3 系统的数字实现
图3为变换器硬件结构框图。由图可见，系统采用闭环控制方式，将变换器两侧的电压、电流经霍尔检测塑封电感器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转换后进行闭环控制运算，同时送到故障保护电路。本系统电压环采用PI调节器。数字PI调节器根据给定值和反馈信号值进行偏差调节，其输出结果决定了超前、滞后臂之间PWM驱动波形移相角的大小，从而使控制量跟踪给定量；DSP发出的驱动信号经电平转换电路进行电平转换后，送到驱动芯片M57962L形成最终的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，硬件上立即封锁IGBT驱动，对系统进行保护。数码管显示电路由带SPI接口的MAX7219和多位数码管贴片电感组成。MAX7219适合标准的SPI通信方式，同时还具有译码、驱动及数据锁存功能。每片MAX7219能以扫描方式对4位数码管进行智能化管理，大大降低了微处理器用于实时显示的时间。[开关电源]继续做物料承认有没有前途做了快三年的物料承认，主要测试一下电阻、电容、半导体二极管、三极管、MOSFET、光偶、继电器等这些元器件，还有负责电子元器件、五金件的ROHS管控，事情很多，专业的深入研究不是
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