一種基于數(shù)字控制的諧振變換器設(shè)計(jì)

摘要：LLC諧振變換器能以很小的工作頻率變化，調(diào)節(jié)寬范圍的輸出功率，在全負(fù)載變化范圍實(shí)現(xiàn)功率開關(guān)管的零電壓開通和零電流關(guān)斷。此處選取數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)作為控制單元，設(shè)計(jì)了基于DSP的LLC諧振變換器，并通過分析給出了實(shí)現(xiàn)數(shù)字PI控制的具體算法和系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。最后給出了模塊樣機(jī)的實(shí)驗(yàn)波形，驗(yàn)證了理論分析的正確性。
關(guān)鍵詞：變換器；諧振；數(shù)字信號(hào)處理器

1 引言
近年來，LLC諧振變換器由于其簡(jiǎn)單、高效、軟開關(guān)等特點(diǎn)得到廣泛關(guān)注和研究。與傳統(tǒng)諧振變換器相比，LLC諧振變換器兼?zhèn)淞舜?lián)諧振變換器和并聯(lián)諧振變換器的優(yōu)點(diǎn)，其輸出調(diào)節(jié)范圍寬，開關(guān)損耗小，能在全負(fù)載范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)ZVS開通。文獻(xiàn)主要討論了LLC諧振變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、工作性能和基波建模分析。
對(duì)于LLC諧振變換器，變頻控制是主要的控制方法。通過調(diào)節(jié)開關(guān)管的工作頻率，改變變換器的增益特性，從而在寬輸入電壓范圍內(nèi)滿足增益要求。目前，對(duì)LLC諧振變換器的研究多采用模擬控制，但其存在一些固有缺點(diǎn)，與模擬控制相比，數(shù)字控制可以簡(jiǎn)化硬件電路，消除因離散元件造成的不穩(wěn)定和電磁干擾，具有設(shè)計(jì)周期短、控制精度和靈活性高等特點(diǎn)。
鑒于LLC諧振變換器優(yōu)越的性能和目前模擬控制的局限性，此處將數(shù)字控制和軟開關(guān)技術(shù)相結(jié)合，利用TMS28027系列芯片完成電源的控制策略，對(duì)LLC諧振變換器進(jìn)行數(shù)字控制研究。最后通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了理論分析的正確性和有效性。

2 LLC諧振變換器
圖1示出LLC諧振變換器結(jié)構(gòu)。兩個(gè)功率MOSFET VQ1和VQ2構(gòu)成半橋結(jié)構(gòu)，其驅(qū)動(dòng)信號(hào)均為占空比為0．5的PWM波，構(gòu)成了互補(bǔ)信號(hào)。該變換器的研究目標(biāo)是在330 V～390 V寬輸入范圍的電壓下，維持輸出電壓恒定為48 V，額定功率為150 W，并且滿載運(yùn)行時(shí)，工作效率在94％以上。

VDoss1，Coss1和VDoss2，Coss2分別為VQ1和VQ2的體二極管和寄生電容。整流二極管VD1和VD2組成一個(gè)中心抽頭的全波整流電路，Co為濾波電容。LLC諧振變換器有兩個(gè)諧振頻率，一個(gè)是Lr和Cr參與諧振的頻率，另一個(gè)是Lr，Cr和Lm參與諧振的頻率。兩個(gè)諧振頻率分別為：