全桥移相PWM开关电源的数字化控制方案精.doc

第 45卷第 9期 2011年 9月

电力电子技术

Vol.45, No.9September 2011

Power Electronics

图 2主电路图

定稿日期 :2011-05-16

作者简介 :石宏伟 (1978-, 女 , 江苏江阴人 , 讲师 , 研究方向为电子技术应用和高频开关电源的设计与应用。

1引言

近年来, 随着数字技术的不断发展, 数字控制

越来越多地被引入开关电源的设计中。数字控制克服了以往全桥移相 PWM 开关电源 DC/DC电路中模拟控制芯片存在的误差、老化、温度影响、漂移、非线性不易补偿等缺点,提高了电源的灵活性、适应性和可靠性 [1]。在此对全桥移相 PWM 开关电源的数字化控制方案进行了研究,在分析主电路和控制电路各环节理论的基础上设计了一款数字控制方式的 20kHz 全桥移相 PWM 开关电源,并应用 Pspice 仿真软件对开关电源主电路的运行情况进行了仿真,仿真和实验结果均表明系统设计可行, 性能指标基本可以满足设计要求。

2PWM 开关电源的 DSP 实现方案

该开关电源主要由主电路和以 DSP 为核心的

控制电路组成。控制电路主要包括 DSP 数字控制

器、 IGBT 驱动电路、检测电路、保护电路以及辅助电源电路, 如图 1所示。

2.1主电路的设计

图 2示出主电路 [2]。 U dc 为 220V 单相交流电源

经整流滤波后的输出直流电压,经由 VT 1~VT 4构成的逆变电路产生高频开关脉冲,再经高频变压器, 在次级线圈感应出交变的方波脉冲, 由全波整流电路和 LC 滤波器消除高频成分、电流冲击并减小电路的纹波系数, 得到所需的恒定直流电压。

逆变电路采用单相全桥逆变器结构, 4个功

率开关器件 IGBT 在 DSP 控制回路作用下作周期性的开关动作,将直流电压逆变成频率为 20kHz 的脉冲电压。采用 PWM 方式保持开关频率不变,

全桥移相 PWM 开关电源的数字化控制方案

石宏伟

(江阴职业技术学院, 电子信息工程系,江苏江阴

214433

摘要 :提出全桥移相 PWM 开关电源的 DSP 实现方案框图, 对其主电路和控制电路的硬件电路及参数估算进行

了详细设计, 并对其数字控制系统的软件设计方法进行了研究, 全面介绍了一种全桥移相 PWM 开关电源的数字化控制方案。经软件仿真和实验验证, 通过 DSP 实现数字控制, 输入电压在较宽范围内变化时都能获得满意的控制效果, 表明该数字化控制方案是可行的。

关键词 :开关电源;数字控制;全桥移相中图分类号 :TN86

文献标识码 :A

文章编号 :1000-100X (2011 09-0108-03

The Digital Control Scheme of Full -bridge Phase -shifted

PWM Switching Power Supply

SHI Hong -wei

(Jiangyin Polytechnic College , Jiangyin 214433, China

Abstract :The general block diagram is proposed firstly , then the main circuit and control circuit of full -bridge phase -shifted PWM switching power supply are designed , and the software design method of digital control system is intro -duced.Finally the designed system is simulated with the Pspice simulation software.The simulation results show that the control effect is satisfactory when input voltage changes in a wide range and the digital control scheme is feasible. Keywords :switching

power supply ; digital control ; full -bridge phase -shifted

图 1

总体结构框图

108

图

4DSP 的移相原理图

通过改变驱动脉冲的占空比达到改变输出电压的目的, 实现 24V 的恒压输出。

设计要求:输出功率 P o =3kW , 输出稳定的直流电压 U o =24V , 则额定输出电流 I p =P o /U o =125A , 即为高频变压器次级电流。通过计算,初级电流

I =5A ,

则可得到流过 IGBT 的电流为 5A , 而加在开关管两端的正向电压为 550V ,据此选择型号为 APT13GP120B 的 IGBT 。逆变桥上的电容可选用 2200pF 的电容。逆变电路的输出电压 500V 加至高频变压器初级, 在变压器作用下, 次级电压为 20V , 这就要求变压器的匝数比为 25∶ 1。

全波整流电路将高频变压器输出的正负对称的脉冲电压整流成单向脉动直流电压,然后采用 LC 输出滤波器将脉动直流变成满足设计要求的直流电压。考虑电路的工作频率很高, 选择输出整流二极管为反向恢复时间短的快恢复二极管。 2.2

控制电路的设计

数字电源技术的核心是控制电路的数字化 [3]。控制电路采用 DSP 芯片

TMS320LF2407A , 内置两个

事件管理模块 EVA , EVB ,

处理速度为 40MIPS 。采用移相控制方式, 通过 DSP 对给定信号、参数反馈进行处理、运算与控制, 经驱动电路控制逆变电路的 4个开关管。根据 U o 检测信号反馈进行调节移相角, 当 U o 由于负载或输入电压波动下降时,减小移相角,使逆变器输出电压方波脉宽增加, 从而使 U o 上升到稳定值。反之当 U o 上升时, 增加移相角, 使逆变器输出电压方波减小, 从而使 U o 下降到稳定值,

以达到高频电源数字化控制。开关电源中,当电源内部元器件随外部环境的变化其性能参数发生变化、输入电压波动、外部负载变化或某些突发事件出现时,均会引起输出电压变化。输出电流电压反馈信号经低通滤波和 A/D转换后得到DSP 所能接受并处理的数字信号, 然后与给定量进行比较, 并完成 PI 运算, 得到电源的占空比信号,最后 DSP 向 PWM 信号发生电路发送信号, PWM 信号发生器经过驱动电路向电源主电路的 IGBT 发送 PWM 信号, 从而控制开

关器件导通和截止的时间 [4],