移向全桥零电压开关pwm设计实现

河北大学工商学院2013届本科毕业生论文（设计）移相全桥零电压开关PWM设计实现摘要移相全桥电路具有结构简单、易于恒频控制和高频化,通过变压器的漏感和功率开关器件的寄生电容构成谐振电路,使开关器件的应力减小、开关损耗减小等优点,被广泛应用于中大功率场合。近年来随着微处理器技术的发展，各种微控制器和数字信号处理器性能价格比的不断提高，采用数字控制已经成为大中功率开关电源的发展趋势。相对于用实现的模拟控制，数字控制有许多的优点。本文的设计采用TI公司的高速数字信号处理器TMS320F28027系列的DSP作为控制器。该模块通过采样移相全桥零电压DC-DC变换器的输出电压、输入电压及输出电流，通过实时计算得出移相PWM信号，然后经过驱动电路驱动移相全桥零电压DC-DC变换器的四个开关管来达到控制目的。实验表明这种控制策略是可行的，且控制模块可以很好的实现提出的控制策略。关键词：移相全桥；零电压；DSP河北大学工商学院2013届本科毕业生论文（设计）Phase-shiftedFull-bridgeZero-voltageSwitchingPWMDesignandImplementationABSTRACTPhase-shiftedfull-bridgecircuithastheadvantagesofsimplestructure,easytoconstantfrequencycontrolandhigh-frequencyresonantcircuitconstitutedbytheleakageinductanceofthetransformerandtheparasiticcapacitanceofthepowerswitchingdevices,toreducethestressoftheswitchingdevices,switchinglossisreduced,whichwidelyusedinhigh-poweroccasion.Inrecentyears,withthedevelopmentofmicroprocessortechnology,avarietyofmicrocontrollersanddigitalsignalprocessorcostperformancecontinuestoimprove,theuseofdigitalcontrolhasbecomethedevelopmenttrendofthelargeandmedium-sizedpowerswitchingpowersupply.Relativetoachieveanalogcontrol,digitalcontrolhasmanyadvantages.ThedesignusesDSP,theTIcompanyTMS320F28027seriesofhigh-speeddigitalsignalprocessor,asthecontroller.Themodulethroughthesamplingphase-shiftedfull-bridgezero-voltageDC-DCconverteroutputvoltage,inputvoltageandoutputcurrent,obtainedthroughreal-timecalculationofphase-shiftedPWMsignalphase-shiftedfull-bridgezero-voltageDC-DCconversion,andthenafterthedrivecircuitthefourswitchcontrolpurposes.Theexperimentsshowthatthiscontrolstrategyisfeasible,andthecontrolmodulecanachievetheproposedcontrolstrategy.Keywords:phase-shiftedfull-bridge；zero-voltage；DSP河北大学工商学院2013届本科毕业生论文（设计）目录1引言..............................................11.1移相全桥软开关研究背景及现状........................11.2本文要做的工作....................................12移相全桥电路的工作原理.............................22.1电路工作状态及特点......................................22.2电路的运行模式分析......................................32.2.1工作过程分析..........................................32.3软开关实现的条件........................................73DSP结构功能.......................................93.1DSP适合于数字信号处理的特点............................93.2TMS320系列DSP概况.....................................93.3TMS320F2802x芯片特点...................................93.4CCSv5平台.............................................113.5利用CCSv5.1导入已有工程...............................123.6利用CCSv5.1调试工程...................................134系统程序设计实现.................................144.1PWM的产生原理.........................................144.2主程序的流程图.........................................144.3程序设计...............................................174.4最终实现的波形图.......................................17河北大学工商学院2013届本科毕业生论文（设计）5总结................................................22参考文献...............................................23致谢...................................................24河北大学工商学院2013届本科毕业生论文（设计）11引言1.1移相全桥软开关研究背景及现状[1]随着电力电子技术的飞速发展，电子设备与人们的关系越来越密切，可靠的电子设备都离不开可靠的电源。进入20世纪90年代以后，开关电源相继进入了电子、电气设备等领域，通信电源、电子检测电源等都已经广泛采用开关源，从而在很大程度上对开关电源的技术的发展起到了很好的推动作用。开关电源是采用电力电子技术，通过控制开关管的通断，来达到变换输入和输出能量关系的一种电源。软开关技术是20世纪80年代初由李泽元教授直接提出的，并应用于DC-DC变换中，由于它具有减少变换器的开关损耗，降低电磁干扰等特点，所以在各种电力电子变换器中得到了广泛的应用。全桥变换电路拓扑是DC-DC变换器中比较常见的拓扑之一，在中大功率场合中得到广泛应用。全桥拓扑电路的主要优点在于开关器件可以承受的电压和电流的应力较小，高频变压器的变换效率较高，开关频率固定等。全桥拓扑电路根据其输入的方式可以分为电压型和电流型这两种，其中电压型DC-DC全桥拓扑是在Buck的基础上衍生出来的，因此也成为全桥Buck变换器。移相全桥电路的移相控制方式的实质上是谐振变换技术和PWM变换技术的结合，利用功率开关管上的寄生电容和高频变压器的漏感作为谐振元件，实现移相全桥电路的四个功率开关管在零电压情况下开通，实现了恒频软开关技术。移相全桥软开关变换电路是通过控制两桥臂对角开关管驱动脉冲的移相角度，来调节输出电压的大小。两桥臂的对角开关管驱动脉冲相差一个移相角，同一桥臂上下开关管成180度互补导通并且没有死区。利用功率开关管上的寄生电容和高频变压器的漏感来实现谐振，以错过在大电压和大电流下的硬开关状态，有效克服了在感性关断下的电压尖峰和容性开通时的电流尖峰。因此在大功率变换场合，移相全桥软开关变换器得到了广泛应用。1.2本文要做的工作1）本文首先对移相全桥ZVS变换器的拓扑结构、工作原理等电路性能进行了系统的分析，得出了移相全桥ZVS变换器电路的独特优点。并分析了移相全桥ZVS变换器实现PWM控制的各种控制策略。2)控制电路的设计采用TI公司的高性能数字信号处理器TMS320F28027系列DSP作为控制器,通过软件编程来实现而提出的控制策略，并和一些数字逻辑电路一起产生移相全桥变换器的移相PWM控制电路。河北大学工商学院2013届本科毕业生论文（设计）22移相全桥电路的工作原理[2]移相全桥零电压开关PWM电路原理图如图2-1所示。iV为输入直流电压。41~SS为功率MOSFET，并联的二极管为MOSFET内部寄生二极管，41~CC为MOSFET的输出结电容。rL为谐振电感。变压器输出采用全桥整流，经LC滤波输出直流电压0V。LR为输出负载。图2-1移相全桥电路原理图2.1电路工作状态及特点1）同硬开关全桥电路相比，仅增加了一个谐振电感，就使四个开关均为零电压开通。2）变换器工作在恒频PWM调制方式。3）每个开关管的导通占空比为小于但接近50%，固定不变。为了防止直通，同一个桥臂的两个开关管互补导通。同时设置了一定安全范围的死区，即同时处于关断状态的时间间隔。4）互为对角的两对开关管41SS和32SS，1S的波形比4S超前2~0ST时间，而2S的波形比3S超前2~0ST时间，因此称1S和2S为超前桥臂，而称3S和4S为滞后桥臂。5）开关管3S、4S的驱动波形相位是固定不变的，开关管1S、2S的驱动波形相位是可调的。变换器通过调节超前桥臂21~SS的驱动波形相位，即调节有效占空比，来控制变换器的输出电压。6）有开关管41SS或32SS同时导通时，变压器才向副边输送功率。其余时间段电路处在续流或关断状态。河北大学工商学院2013届本科毕业生论文（设计）32.2电路的运行模式分析分析时假设：1)所有功率MOSFET开关管均为理想，忽略正向压降及开关时间；2)四个开关管的输出电容相等，即iC=SC,i＝1，2，3，4，SC为常数；3)忽略变压器绕组及线路中的寄生电阻。2.2.1工作过程分析10~tt时段：1S与4S导通，电容iC(i=2,3)被输入电源充电。变压器原边电压iVVT。功率由变压器原边输送到负载。此状态原、副边的电流回路如图2-2所示。直到1t时刻1S关断。此时原边电流增长到最大值Pi。图2-2t0～t1时刻等效电路图21~tt时段：1t时刻开关1S关断后，电容1C、2C与电感rL、L构成谐振回路，等效电路如图2-3所示。在这个时段里，变压器原边谐振电感rL和滤波电感fL是串联的，而且fL很大，因此可以认为原边电流Pi近似不变，类似于一个恒流源，其大小为nIILr0。1C上电压线性增加，3C上电压线性下降，即AV不断下降，直到0AV，2S的体二极管导通，电流LrI通过2S的体二极管续流。112ttCitVSLrC(2-1)122ttCiVtVSLriC(2-2)河北大学工商学院2013届本科毕业生论文（设计）4当2C的电压下降至零，2S的