基于滑模变结构控制的数字化全桥移相软开关电源
付丽,杨 旭,卓 放,王兆安
(西安交通大学,陕西西安710049)
摘要:本文以滑模变结构为控制核心,研制了以DSP为控制芯片的全数字化全桥移相软开关电源。
文中分析了该电源的控制时序及滑模变结构的数字化控制方案,并给出了系统的实验结果。从实验结果可以看出滑模变结构控制鲁棒性强,系统的稳定性能好,动态响应速度快,并且主回路的开关管实现了零电压软开关。
关键词:软开关;移相;滑模变结构控制;鲁棒性
中图分类号:TM91 文献标识码: A 文章编号:1003-3076(2003)04-0032-04
1 引言
现代电力电子装置的发展趋势是小型化、轻量化、高功率密度。高频化是解决这些问题的关键。从20世纪70年代发展起来的高频化软开关技术解决了电路中的开关损耗和开关噪声问题,使开关频率可以大幅度提高。全桥移相软开关电路是目前应用最广泛的软开关电路之一,它采用PWM移相控制方式,并通过高频变压器的漏电感及功率开关管的输出电容谐振,实现ZVS(ZeroVoltage Switching)软开关[1]。
随着工业用数字信号处理器(DSP)的发展,高性能开关电源的全数字化控制方案正逐步成为广大科技工作者讨论的热点。采用数字化控制,不仅可以大大减小控制电路的复杂程度,提高电源设计和制造的灵活性,而且可以采用更先进的控制算法,提高电源输出波形的质量和可靠性,还可以克服模拟控制系统中元件老化,参数漂移等问题,使电源的一致性和稳定性得到提高。在逆变器、UPS中,基于DSP的数字化控制已得到广泛应用,一些厂家如APC、三菱、SIEMENS等都纷纷推出了自家的数字化电源产品。但基于DSP的数字化控制在直流开关电源中的应用还很少,有待于进一步发展。
目前电源的数字控制算法有:无差拍控制、滑模变结构控制、状态空间反馈控制、模糊控制等,其中开关电源的滑模变结构控制近年来引起了专家的广泛关注[2~5],滑模变结构控制的系统稳定性好、鲁棒性强,有着良好的动态品质,控制容易实现。
本文分析了全桥移相软开关电源的控制时序及滑模变结构的数字化控制方案,并给出了系统的实验结果。
2 主回路拓扑和控制时序
图1为全桥移相软开关电源主回路原理图。全桥移相软开关电源的特点是电路结构简单,与硬开关全桥电路相比,仅增加了一个谐振电感(有时为变压器的漏感),使得电路中四个开关器件都在零电压的条件下开通[1]。
主回路运行原理是利用变压器漏感Lr和功率开关管输出电容Csi谐振,漏感储能向Csi释放过程中,使Csi电压逐步下降到零,体内的寄生二极管Di开通,创造了功率开关管的ZVS条件。为了改变占空比D,以便实现调节控制,采用了移相控制技术。
5 结论
本文分析了全桥移相软开关电源的控制时序及滑模变结构的数字化控制方案,并给出了系统实验结果。通过系统实验我们可以看出滑模变结构控制开关电源系统稳定性好,动态响应速度快,系统性能可达到要求。用DSP实现滑模控制,简单易行,实现了对开关电源的数字化控制。
滑模变结构控制也存在着自身的弱点,如控制系统稳态效果不佳,存在高频抖动,理想滑模切换面难于选取等,所以要想克服这些弱点,使控制效果更好,还需要进一步的研究。
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