基于DSP的数字化大功率软开关电源的设计

一 一
１ 主 电路 结 构
本 电源开 关频率 选 为 ２ Ｈｚ这样 可 以兼顾 电源 ０ｋ ，
体积小型化以及降低开关损耗等方面的要求 。在这个
收稿 日期 ：２０ —７１ ０ ６０ —９ 作者简介 ：张 伟 （９ ２一） 男， １８ ， 湖北 十堰人 ， 士研 究生 ， 硕 研
究方 向为 电子 电子 与 电力 传 动 装 置 的设 计 与应 用 。
频率下 ， 采用大容量的 Ｉ Ｂ Ｇ Ｔ作为高频逆变器的功率 开关 器件 。整个 主 电路 原 理 图 如 图 １所 示 ， 主要 由以 下几个部分组成， 分别是 ： 三相交流市 电输入 、 ＭＩ Ｅ 滤 波器、 二极管整流桥 、 滤波电感电容 、 高频全桥逆变器、 高频变压器 、 出整流环节 以及输 出滤波电感 电容。 输 反馈 的输 出电压信号 以及负载 电流信号送入 Ｄ Ｐ控 Ｓ 制系统中进行运算 ， 输出四个开关管的驱动信号。 隔直电容 Ｃ 起到隔去直流成分的作用， 保证高频 变压器原方电压没有直流分量 。但是当系统工作时原 方 电 流会 在 隔直上 进行充 放 电 ， 以在 实际应 用 中 ， 所 隔 直 电容的选择应使其最大充电电压在满载时小于输出 电压的 ５ 。电路 的超前桥臂容易实现 Ｚ Ｓ 而滞后 Ｖ ， 桥 臂则要 困难 些 ， 因此 需要 在 高 频 变 压 器原 边 串联一 个谐振电感 Ｉ 但是该电感选值不宜过大。过大的谐 振电感会使高频变压器副边 占空 比丢失严重 ， 不利于 整机效率 。在实际装置中， 该谐振 电感 可设计为可调 电感 ， 与谐振电容配合调校 。 开关 电源 中高 频变 压 器 的 设计 是 非 常 关 键 的 ， 本 电源由于输出电流大， 且有过载要求 ， 使用单个的变压 器很 难 实现 电源的 小 型化 以及 提 高整 机 效 率 ， 且制 并 作工艺复杂。我们采用 ６ 个高频变压器原边串联 ， 副 边并 联 的形式 ， 副边 由多路 整流 二极 管输 出 ， 大降低 大 了变 压 器 的设 计 和 制 作 难 度 。选 取 Ｅ ８尺 寸 的 ２ Ｒ Ｓ Ｂ的铁氧体铁芯作为高频变压器铁芯， ２Ｋ 由高频变 压器设计方法－算得原边匝数 为 ３ １ ］ ６匝， 副边取 ４匝， 由于变压器原边是 串联使用 ， 故每个变压器 的原边 匝 数为 ６ 匝。可知每个高频变压器的原副边匝数 比 相 等， 则每个变压器副边电流 Ｊ 为 ： ｚ
证 明 了 方素 的 可行 性 。
关键词 ：开关 电源 ； Ｓ ； 字 Ｐ 控制 Ｄ Ｐ数 １ 中图分 类号 ：Ｔ ６ Ｎ８ 文献标识码 ： Ａ
Ｄｅ ｉｎ ｏ ｇｔ ｌＨｉ’ Ｐｏ ｒＳ ｆ— ｗｉ ｈ ｎ ｏ ｒＳ ｐ ｌ ａ ｅ ｎ ＤＳ ｓｇ ｆａＤｉｉ ｇ － ｗｅ ｏ ｔＳ ｔ ｉｇ Ｐ ｗｅ ｕ ｐ ｙ Ｂ ｓ ｄ ｏ Ｐ ａ ｈ ｃ
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通 《 电球 技 】 ｛ ． ｝ Ｉ ：
２０ ０ ７年 １月 ２ ５日第 ２ ４卷第 １ 期
Ｔｅ ｃ ｍ ｏ ｅ ｅ ｈ ｏｏ ｉ ｌ ｏ Ｐ ｗ ｒＴ ｃ ｎ ｌｇｅ ｅ ｓ Ｊ ｎ ５ ２ ０ ，Ｖ １ ４ Ｎ ．１ ａ ．２ ， ０ ７ ｏ．２ ０
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Ｋｅ ｒ ｓ ｏ ｒｓ ｐ ｌ ； Ｐ； ｉｉ ｌ ｏ ｔｏ ｙ ｗｏ ｄ ：ｐ ｗｅ ｕ ｐ ｙ ＤＳ ｄｇｔ ｃ ｎ ｒ ｌ ａ ＰＩ
０ 引 言
开关 电源的发展趋势是小型化 ， 轻量化 ， 而实现这 目标的最直接的途径是提高开关频率ｌ 。但是开关 ＿ １ ］ 频率的提高会使开关管 的开关损耗变大， 解决这一 问 题的有效途径之一就是使用软开关技术 。移相全桥型 Ｚ Ｖｓ零 电压 电路 是 目前 应用 最 广泛 的软 开关 电路 ， 它 实现简单 ， 工作可靠 ， 比较适用 于低压大电流 的场合。 传统的开关电源多是采用模拟或者模拟与数字相结合 的控制方式 ， 虽然模拟电路比较成熟 ， 但是电路设计复 杂， 灵活度不够 ， 不便 于调试 ， 随着数字处理芯片 的飞 速发展以及成本的下降， 开关电源 的数字化也成为 了 个 新 的发展 趋势 。 本文设计 的大功率开关 电源采用移相全桥 Ｚ Ｓ Ｖ 零电压软开关 电路 ， 出直流 电压为２． 额定输 输 ８ ５Ｖ， 出电流为 ３０Ａ， ５ 过载输出电流 ７０Ａ（ ０ 可持续 ５ ）并 ， ｓ 要求在突加、 突减负载时的动态调节性能好。采用 Ｔ Ｉ 公司的 Ｄ Ｐ芯片 Ｔ ３０ Ｆ ４ ７ 作为控制芯片实 Ｓ ＭＳ ２Ｌ ２ ０Ａ 现 了新型 数字 Ｐ 控 制 策 略 满 足 了 电源 的静 态 和 动 态 Ｉ 性能要求 ， 并给 出了实验结果 。
文章 编号 ：０ ９３ ６ （０ ７ ０ —０ ５０ １ ０ —６ ４ ２ ０ ） １ ０ —３ ０
基 于 Ｄ Ｐ的数 字 化 大 功 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 软 开 关 电源 的设 计 Ｓ
张 伟 ， 云屏 ， 伟 ， 邹 陈 林 磊 （ 中科技大学 电气与 电子工程学院 ， 华 湖北 武汉 ４ ０ ７ ） ３ ０ ４ 摘要 ：介绍 了一种基 于 Ｄ Ｐ的数字化 大功率低 压大 电流开关 电源的设计方案， 电源采用零 电压软开 关移相全桥 电 Ｓ 该 路， 并用 Ｔ ３ ０ ２ ０ Ａ作 为控制 芯片， ＭＳ ２ Ｆ ４ ７ 实现 了一种 改进的数 字 Ｐ 控 制策略 以满足动 态特性与稳 态特性 的要 求。实验 １
Ｚ ＡＮＧ ｅ。Ｚ Ｈ Ｗ ｉ ＯＵ ｎｐｎ ，ＣＨＥＮ ｅ。ＬＩ Ｌｅ Ｙｕ － ｉｇ Ｗ ｉ Ｎ ｉ （ ａｈ ｎ ｎｖ ｒｉ ｆＳ ｉｎ ｅａ ｄＴｅｈ ｏ ｏ ｙ，Ｗ ｕ ａ ３ ０ ４， ｉａ Ｈｕ ｚ ｏ ｇＵ ｉｅｓｔ ｏ ｃｅ ｃ ｎ ｃ ｎ ｌｇ ｙ ｈ ｎ４ ０ ７ Ｃｈｎ ） Ａ ｂ ｔａ ｔ ｓｒｃ ：Ａ ｅ ｉｎ ｏ ｉｉ ｌ ｉｈ ｐ ｗｅ ｏ ｔｓ ｔｈｎ ｏ ｒｓ ｐ ｌ ａ ｅ ｎＤＳ ｔｏ ｕ ｅ ｎｔ ｉ ｐ ｐ ｒ ＶＳ ｄ ｓｇ ｆｆｄｇｔ ｇ — ｏ ｒｓ ｆ—ｗｉ ｉｇ ｐ ｗｅ ｕ ｐｙｂ ｓｄｏ Ｐ ｉ ｉ ｒｄ ｃｄ ｉ ｈｓ ａ ｅ．Ｚ ｌ ａｈ ｃ ｓｎ ｓ ｆ ｓ ｔｈｎ ｓａ ｈｅ ｅ ｏ ｈ ｓ－ｈｆ Ｗ Ｍ ｏ ｔｏ．Ｔｈ ｕ ｐ ｔｄ ｎ ｍｉ ｅｆ ｒ ｎ ｅａ ｄ ｓａｉ ｅｆ ｒ ｎ ｅａｅｆｔｅ ｏ ｔ ｗｉｃ ｉｇ ｉ ｃ ｉｖ ｄ ｆｒｐ ａｅｓ ｉｔ Ｐ ｃｎｒ１ ｅｏ ｔｕ ｙ ａ ｃｐ ｒｏ ｍａ ｃ ｎ ｔｔ ｐ ｒｏ ｍａ ｃ ｒ ｉ ｄ ｃ ｔ ｆｒａ ｐ ｏ ｅ ｔａｅ ｙｏ ｉｉａ Ｉｃ ｎｒ ｌｂ ｓｄ ｏ ｏ ｎ ｉ ｒ ｖ ｄ ｓｒｔｇ ｆｄｇｔｌＰ ｏ ｔｏ ａ ｅ ｎＴＭ Ｓ ２）２ ０ Ａ． Ｔｈ ｘ ｅ ｉ ｅ ｔｌｒ ｓ ｌｓｓ ｏ ｔ ｅｆａ ｉｉｔ ｆ ｍ ３（ ４ ７ Ｆ ｅｅ ｐ ｒ ｎａ ｅｕ ｔ ｈ ｗ ｈ ｅ ｓｂｌ ｙ ｏ ｍ ｉ