基于DSP通訊全橋開關(guān)電源的研究與設(shè)計

摘要：針對傳統(tǒng)開關(guān)電源中損耗較大，超調(diào)量較大，動態(tài)性能較差等問題，提出了基于DSP的全橋軟開關(guān)技術(shù)。通過Matlab仿真結(jié)果表明模糊自適應(yīng)PID控制算法比傳統(tǒng)PID控制算法在超調(diào)量、調(diào)節(jié)時間、動態(tài)特性等性能上具有優(yōu)越性。
關(guān)鍵詞：DSP；全橋開關(guān)；功率因數(shù)；Matlab

0 引言
高頻開關(guān)電源以其重量輕、體積小、高效節(jié)能、輸出紋波小、容量大等優(yōu)點，在通訊和低電壓行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，且逐步在電力系統(tǒng)中得到應(yīng)用。尤其隨著電信業(yè)的迅猛發(fā)展，電信網(wǎng)絡(luò)總體規(guī)模不斷擴大，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜先進，作為通訊支撐系統(tǒng)的通訊用基礎(chǔ)電源系統(tǒng)，市場需求逐年增加，其動力之源的重要性也日益突出。龐大的電信網(wǎng)絡(luò)高效、安全、有序的正常運行，對通信電源系統(tǒng)的品質(zhì)提出了越來越嚴格的要求，推動了通信電源向著高效率、高頻化、模塊化、數(shù)字化方向發(fā)展。近年來，由于軟開關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展與成熟，已逐步應(yīng)用在開關(guān)電源中，尤其在中大功率的全橋變換器中應(yīng)用最為廣泛，這使電源轉(zhuǎn)換效率得到提高。由于傳統(tǒng)模擬控制電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一經(jīng)設(shè)計完成其控制策略就不能改變等缺點的存在，數(shù)字式控制方式得到發(fā)展。并隨著開關(guān)電源在通訊，監(jiān)控等功能上的擴展，數(shù)字電源已逐步取代傳統(tǒng)模擬電源。

1 系統(tǒng)框圖
圖1為軟開關(guān)全橋變換開關(guān)電源拓撲。虛線框以內(nèi)為控制電路，虛線框以上為主電路。主電路主要包括輸入整流濾波、功率因數(shù)校正，全橋變換電路、高頻變壓器、輸出濾波電路。控制電路主要由采樣電路、控制和保護單元、監(jiān)控單元等組成，并為了保證控制電路及相關(guān)電路正常工作還必須包括輔助電源。

本電源采用ZVS―PWM拓撲，單相220V交流輸入，經(jīng)過PFC模塊后為直流400V，主功率管采用MOSFET管，控制部分由DSP控制電路，電壓電流雙閉環(huán)控制。輸出采用全波整流并進行無源LC濾波。

2 主電路設(shè)計
針對48V／20A的通訊高頻開關(guān)電源，其主電路采用移相式全橋變換器拓撲。移相全橋軟開關(guān)控制器具有恒頻軟開關(guān)運行、移相控制實現(xiàn)方便、電流和電壓應(yīng)力小、巧妙應(yīng)用寄生電容等優(yōu)點。移相控制作為全橋變換器特有的一種控制方式，是指保持每個開關(guān)管的導通時間不變，同一橋臂的開關(guān)管的相位互差180°。然而對于全橋變換器來說，當只有對角的開關(guān)管同時導通時主變壓器才輸出功率。所以可以通過調(diào)節(jié)對角的兩個開關(guān)管導通重疊角的寬度來進行穩(wěn)壓控制，而在功率器件環(huán)流期間，它又利用變壓器的漏感以及功率半導體器件的結(jié)電容或者外加的附加電感電容的諧振來實現(xiàn)功率管的零電壓或者零電流換流。
1)有源PFC設(shè)計
有源功率因數(shù)校正技術(shù)的基本思想是在整流電路與濾波電容之間加入DC／DC變換，通過適當控制使輸入電流的波形自動跟隨輸入電壓的波形，使輸入阻抗呈純阻性，即通過控制開關(guān)元件，切換濾波電感和濾波電容充放電能量實現(xiàn)功率因數(shù)的提高。本設(shè)計中采用的是平均電流控制Boost功率因數(shù)校正電路，PFC控制芯片采用NCP1653。該PFC控制芯片的主要工作原理是同時控制輸入電流與輸出電壓，而電流控制回路的命令是由整流后的線電壓所決定，所以可以使轉(zhuǎn)換器的輸入阻抗呈現(xiàn)電阻性。