基于DSP控制的数字式双向DC/DC变换器的实现
1.1 原边对副边放电
满调制时S 1~S4驱动波形如图3所示,图中的波形没有考虑死电感器生产厂家区,即认为开关管为理想器件。图3(a)中PWM1和PWM4同相,没有移相,此时副边输出电压最高,如果不计损耗,那么副边的输出电压为nVin,这是满调制时的输出,此时副边通过主开关反并二极管来整流,即为不控整流。原边的开关作用相当于把输入信号调制为交流的方波信号,副边二极管则把该信号解调为直流电压输出,此时不存在脉宽的空缺,同时封锁副边脉冲。变压器工字电感原边输入信号vab如图3(b)所示,由于S1及S4和S2及S3的脉宽均为T/2(T为开关周期),vab正半波和负半波经历时间均为T/2(即π),vab经过副边整流之后可得到最大的输出电压。
(a)原边门极控制脉冲波形
(b)vab波形
(c)移相控制门极脉冲波形
(d)vab波形
图3 原边对副边放电S1~S4驱动扁平线圈电感信号与vab
移相控制时门极脉冲如图3(c)所示,S4门极脉冲比S1门极脉冲滞后一个角度θ,vab如图3(d)所示。因此,可以通过控制滞后角度θ的大小来控制输出电压。在数字控制器中可以用软件设定滞后角度θ来控制输出电压,即可以通过移相控制使输出电压可调。
1.2 副边对原边充电
此时,如图3所示,只要把S5~S8的驱动信号与S1~S4的驱动信号互换,vab则由vcd替换即可,同样存在满调制和移相控制两种情况。但是,通常情况下充电要求恒流充电,因此,也可以通过移相控制来满足此要插件电感求。原副边的工作过程刚好与放电时相反。此处不再赘述。
2 双向DC/DC数字化控制的软件实现
双向DC/DC变换器,可以实现能量的双向传输。通常正向放电要求输出电压可调,而反向充电过程通常要求充电电流恒定不变。通过对S3和S2的移相控制可以实现副边输出电压的可调要求,同样,副边对原边进行充电时,可以通过移相控制使得充电电流恒定。
主程序流程图和ADC的中断服务程序流程图分别如图4和图5所示,在软件进行移相控制实现输出电压可调的同时,差模电感软件实现电压环的调节,使输出稳压。由于TMS320LF2407内部带有ADC模块,因此,输出电压值通过电压LEM采样反馈给DSP的ADC模块,在AD中断程序里读取采样值,然后进行数字滤波和数字PI调节,使输出稳压。
图4 主程序流程图
图5 ADC中断服务程序流程图
一般充电要求是恒流充电,所以,充电时反馈用电流环,对原边的充电电流进行PI调节,实现恒流充电。本实验中原边供电电源为蓄电池,由于其电压为12V,真正要实现电流反向,使原边的二极管导通,考虑到变压器原副边的变比为1:2,副边电压必须超过24V时才能实现电流反向,故必须得对副边电压采样。对副边电压的采样,不仅实现了PI调节,同时也用来控制双向工作方式的切换。在双向DC/DC的负载端电压上升到一定程度时可以使能量倒流,对原边进行充电,使副边多余的能量能够反馈给原边。
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