全数字DC-DC变换器研究
胡学芝
【摘 要】系统采用电压闭环控制方式,调节器采用变参数数字PI算法,实现了模拟系统难以实现的复杂算法和方便灵活的移相控制方案.通过一台2 kW样机进行了实验,实验系统的开关频率为2 kHz.实验结果表明,电路设计合理,实现了ZVS,并有效解决了整流桥寄生振荡问题.本系统可作为中等功率的DC/DC变换器应用. 【期刊名称】《单片机与嵌入式系统应用》 【年(卷),期】2009(000)007 【总页数】4页(P63-65,68)
【关键词】数字DC/DC;变换器;移相控制;零电压开关;TMS320LF2407 【作 者】胡学芝
【作者单位】黄石理工学院 【正文语种】中 文 【中图分类】工业技术
全 数 字 DC -DC 变 换 器 研 究*腚■黄石理工学 院胡 学 芝┏ ━ ━ ━ ━ ┳ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ┓ ┃ ┃系统 采 用 电 压 闭 环 控 制 方 式 ，调 节 器采 用 变参数数 字 PI 算法 ， 实现 了模拟 系统难 以 实现 的 复 杂算 法 和 方┃ ┣ ━ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ┫ ┃ ┃便 灵 活 的 移相 控 制 方 案 。 通过 一 台 2kW 样机进行 了 实验 ， 实验 系统
的 开 关 频 率为 2kHz 。 实验 结 果表┃ ┃摘 要┃ ┃ ┃ ┃明 ， 电路设计 合理 ， 实现 了 ZVS ，并有效 解 决 了 整 流桥 寄 生 振 荡 问 题 。 本 系统 可 作 为 中等功 率的 DC/DC┃ ┃ ┃变 换 器 应 用 。┃ ┗ ━ ━ ━ ━ ┻ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ┛关键词数 字 DC/DC,变换 器移 相控 制零 电 压 开 关TMS3201 。F2407引 言 移相全桥 ZVSDC -DC 变换 器 是 目前应 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 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 ZVSDC-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 ZVSPWMDC-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 。 Q ，、 D ，和 Q ，、 D 。组成 超 前桥 臂 、 Q2 、D2 和 Q3 、D3 组 成滞 后 桥 臂 ；C ．～ C 。分 别 是 Q ．～Q1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, 、 DR2 组成全波整 流 电路，I。C ， 组成输 出滤 波 器 ，R ． ． 是 负 载 。 Q ，和 Q3 分 别超前Q。和 Q2-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ZVSPWMDC-DC 变 换 器有 12 种 开 关模 态 ，通 过 控制 4 个开关管 Q ；～ Q ，在 A 、 B 两 点 得 到 一 个 幅值 为 V ， 。 *湖北省教育厅科研项 目（ 项 目
号 ：B20083001 ） 。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 V ． 。 /K 的交流方波 电压 ，然后 通 过 由DR, 和 DR2 构成 的输 出 整 流 桥 ， 得 到 幅值 为 V ， 。/K 的 直流方波 电压 。 这 个直流方波 电压经过 Lf 和 C ．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 一DV。 /K （ D 是 占空 比 ） 。 To 。 是 导 通 时 间 ， L 是 开 关 周 期（ T — f ， ： -t 。 ） 。 通过调节 占空 比 D 来调节输 出 电压 U ． ，。图 1 变换器主 电路结构 RL配┏ ━ ━ ━ ━ ┳ ━ ━ ┳ ━ ┳ ━ ━ ━ ┳ ━ ━ ┳ ━ ━ ┳ ━ ━ ┳ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ┳ ━ ━ ┳ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ┳ ━ ━ ━ ┳ ━ ━ ┳ ━ ━ ━ ┳ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ┳ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ┓ ┃Ql┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ Q3 I Ql┃ l┃ ┣ ━ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ╋ ━ ┻ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ╋ ━ ━ ╋ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ┫ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┣ ━ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ━ ┫ ┃ ┣ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ┫ ┃ ┣ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ┫ ┃ ┃ ┃ Q4┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ Q2┃ ┃ ┃ ┃ ┃┃ ┣ ━ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ╋ ━ ━ ╋ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ┫ ┃——7‘--'- 一┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃______——一———’-- ～ II，、┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃|j┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┣ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ┫ ┃ ┃ ┃ ┃ 12t／|＼F┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┣ ━ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ╋ ━ ━ ╋ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ┫ ┃ ┃ ┃ ┃l┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┣ ━ ━ ╋ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ┫ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃一 ／┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃、、、-- ～______ —一┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┣ ━ ━ ━ ━ ┫ ┃ ┃ ┣ ━ ━ ╋ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ┫ ┃ ┃ ┣ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ┫ ┃ ┃ ┃∥夕≮ VJK＼ j力 f┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃8l9t【 ofI】f12┃ ┗ ━ ━ ━ ━ ┻ ━ ━ ┻ ━ ━ ━ ━ ━ ┻ ━ ━ ┻ ━ ━ ┻ ━ ━ ┻ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ┻ ━ ━ ┻ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ┻ ━ ━ ━ ┻ ━ ━ ┻ ━ ━ ━ ┻ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ┻ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ┛图 2 变换器主要波形…dr 偷
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