全数字DC-DC变换器应用研究.doc

.页眉. .页脚. 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。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 。.页眉. .页脚. 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 ,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。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