基于DSP56F8323的移相全桥软开关DC-DC变换器--打印文章-电源开发网

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基于DSP56F8323的移相全桥软开关DC-DC变换器

http://www.dykf.com 2008/11/29 电源开发网

Abstract：With the development of technology, the inherent disadvantage of analog control confines it’s application field, digital control has been a new tendency . A new kind DSP is introduced in the paper－DSP56F8323,which comes from Motorola. The DSP is applied in the Phase－Shifted Full—Bridge topology which achieves the aim of soft switch. The good performance is gained and also the dynamic characteristic.

Keyword：DSP、Phase—Shifted Full Bridge

1、引言　
　　　　
　　随着电力电子技术的发展，对电源的要求也越来越高。模拟电路固有的缺点:精度差，所以对放大器的线性、可处理信号的动态范围有很多限制；温度漂移大，系统调试不方便以及器件老化等问题。这些缺点使得模拟电路在一些要求较高或者对接口、兼容要求高，温度、噪声敏感的场合很难达到令人满意的效果。而随着电路集成技术得提高，数字信号处理器（DSP）的迅猛发展，其性能已经可以满足实时控制的要求；体积小重量轻，可用于小型化、便携电源；而其价格的降低，使得数字控制系统有了更为普及的应用。本文将一种新的DSP应用于移相全桥DC-DC变换器中，取得了较好的效果。主电路拓扑移相全桥变换器的工作原理，很多文献中均已给出，这里限于篇幅，不再赘述。下面先介绍一下新的DSP。

2、DSP56F8323性能介绍

2.1 DSP56F8323的内部主要资源如下：

　　(1) 一个脉宽调制模块（Pulse Width Modulator）：包括6路PWM输出口，3路电流检测输入口和3路故障信号输入口，支持自动死区设置；
　　(2)两个12位模数转换模块（ADCs）：包括2

4路模数转换输入口，可对2路模拟信号同时进行采样，ADC与PWM模块可由定时器Timer C同步；
　　(3)两个16位定时器单元（TMR）：对应7个管脚，Timer A与积分解码器（Quad Decoder）复用，Timer C与PWMA和ADCA复用；
　　(4)一个积分解码器模块：与Timer A复用一个管脚；
　　(5)一个FlexCAN模块（CAN Version 2.0 B-compliant）：两个管脚，分别对应数据传输与接受；
　　(6)两个异步串行通信接口模块SCIs（Serial Communication Interfaces）；　
　　(7)两个同步串行外设接口模块SPIs（Serial Peripheral Interfaces）；
　　(8)一个专门的外部中断管脚；

2.2 DSP56F8323的特点

　　DSP56F8323除了具有DSP共有的一些特点，比如哈佛结构、单周期执行乘加算法外，还具有以下一些新的特点：
　　（1）60MHZ的时钟频率。较高的时钟频率使得系统可以有较好的实时性。
　　（2）六路PWM输出口可以配置位各自独立输出也可以设置位两两互补输出，还可以有些独立，有些互补输出。比如，0，1路独立，（2，3）（4，5）互补。担需要注意的是，互补输出的设置是有固定配对的，即只可以（0，1）（2，3）（4，5）配对互补输出，而不可以将其他路配对。可以设置各路输出的极性为高有效或者低有效。高有效是指计数器计数到模寄存器的值后，PWM电路输出高电平；低有效则在此时输出低电平。
　　（3）PWM输出的两种方式：边沿对齐和中心对齐。
　　边沿对齐是指计数器计数到模寄存器的值后，PWM输出发生跳转，然后继续计数到周期寄存器的值，此时PWM再次跳转，而计数器的值清零，从零开始继续计数。此种方式和TI公司的DSP工作方式相同。
　　中心对齐是指计数器计数到模寄存器值后，PWM发生跳转，然后继续计数到周期寄存器后不是清零，而是进行减计数，再次计数到模寄存器值后，PWM再发生跳转。此中方式和TI的也相似，不过，不同于TI的是，在这种方式下，此DSP支持半周期中断。所谓半周期中断是指在计数器为零或者计数到周期寄存器值时，DSP可以自动触发中断。在中断程序种可以重载模寄存器的值，从而可以输出不对称的PWM波。这种功能可以方便地实现移相。
　　（4）8路12位AD转换器
　　AD转换的最高频率可达5MHZ,即每次AD转换只需要200ns。可通过SYNC信号触发与PWM同步。可被配置位顺序或者同时采样，各采样结果被保存到各自的结果寄存器中。支持转换结束中断、过量程中断以及过零中断。
　　（5）无需仿真器。程序可以直接从JTAG口装载入片内Flash中，并且软件自带的PCMASTER 可以实时显示各量的变化曲线，也可以在线修改程序中用到的各参数。

3、系统的框架

　　如图1所示，采用传统的移相全桥拓扑. DSP配置两对PWM信号为互补输出，根据需要设定一定的死区时间。各管的驱动信号是固定占空比，通过改变移相角来校正输出电压。 DSP的三路AD采样通道分别采样输出电压、输出电流以及原边电感电流三路信号，软件实现电压电流双闭环的PI调节。根据PI调节的输出决定移相角的大小。

图1　
　　　　　　　　　　　　
4、控制信号生成方法

　　ZVS全桥变换器的移相控制策略，需要四路独立的驱动信号，各路信号有着固定占空比且上下管不可同时导通。通过调节对管共同导通的时间也即移相角的大小来调节输出的大小。
　　如前所述，保持固定的占空比是通过采用半周期重载中断的方法：当前半周期模寄存器的值设为value1时，在半周期中断程序种将其变为value2，但保证(value1+value2)/2为恒值。从而确保了固定的占空比。而移相角的产生则是通过改变value1(如图2示)，使得计数器触发时间的不同来实现的。

图2

5、数字控制的算法

　　由于PI调节器算法简单、可靠性高，一直被广泛应用于工业控制，本文的数字调节器也是采用离散PI算法。电压环PI计算中断读取输出电压采样的结果，完成电压环PI计算，作为电流环PI计算的基准。同时读取输出电流采样的结果，完成软件输出过压保护和输出过流保护的功能。电压环PI计算公式如下所示：

　　式中，Uv(n)为电压环计算结果，Ev(n)为输入误差，Iv(n)为积分项，K0v为比例系数，K1v为积分系数，Kcorrv为抗饱和系数。Usv的取法如下：

　　可见抗饱和项

只在计算结果Uv(n)溢出时才起作用，通常情况下Epiv＝0。
　　电流环的计算方法与电压环完全相同。不再赘述。电流环的输出结果作为输出移相角的大小。

6、实验结果

　　用以上算法研制的48V输出、500W的通信电源中，用DSP56F8323控制的移相全桥DC-DC变换器取得了比较好的控制效果。根据电路设计，在大约2/3载时实现了各开关管的ZVS。输出电压纹波较小，如图3示。满载时突加突卸载也取得了比较好的动态特性，如图4、5所示。

图3：Vi=350V,Po＝560W时输出电压纹波Vo(CH1,500mv/div)，t=500ns/div
　　可以看出，输出电压的峰－峰值小于1V。达到了比较好的效果。

图4：Vi=350V,Po：50W→500W时输出电压波形，Vo(CH1,2v/div)，t=25ms/div
　　由图可以看出，在突加载时，电压有大约4V的跌落，恢复时间约20ms。

图5：Vi=350V,Po：500W→50W时输出电压波形，Vo(CH1,2v/div)，t=25ms/div
　　由图可以看出，突卸负载时电压有大约6V的过冲，恢复时间约40ms。

7、结论

　　1，电压电流双环的PI调节都是由DSP软件完成。系统取得了比较好的控制效果。在电力电子数字控制领域，除了TI的24系列外，DSP56800系列是比较好的选择。
　　2, 本电源是采用全数字控制的移相全桥变换器，具有可移植性好、控制板通用以及软件修改方便等优点。

参考文献：

(1)DSP56F830016Bit Digital Signal Processor Family Manual.Rev.2.0,Motorola Inc,2002
(2)DSP56F83xx_Peripheral_ManualMotorola Inc,2002
(3)DSP56F8323_Data_Sheet，Motorola Inc,2002
(4)脉宽调制DC/DC全桥变换器的软开关技术　阮新波严仰光著科学出版社 2001

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作者：张亮洪峰… 来源：《电源世界》点击数：

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