数字控制移相全桥软开关变换器
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摘要
高频化、模块化、数字化是开关电源的发展方向。实现高频化的主要途径是软开关技术，全桥移相零电压脉宽调制变换器是软开关PWM技术在全桥直-直变换器中较成功的应用例子，并具有较好的工程实现价值。实现数字化的核心是DSP技术。本文立足于将开关电源的高频化与数字化相结合，具体研究内容为一种基于DSP控制的移相全桥软开关ZVS变换器，该变换器工作于较高的开关频率(150K)，外围硬件电路结构简单、器件少、体积小；在半载以上实现了开关管的ZVS开关，取得了较高的变换效率；实现数字化控制与故障保护，变换器取得了较好的性能效果。
本文第一章介绍了课题的研究背景、方向和主要内容；第二章简单阐述了DSP芯片的特点及其在电力电子领域的应用，介绍了Motorola DSP芯片DSP56F8323的性能特点；提出基于Motorola DSP控制的移相全桥软开关DC／DC变换器的硬软件系统设计方案；最后建立移相全桥变换器的小信号模型进行系统分析。第三章分析了系统硬件部分即软开关全桥变换器的工作原理和工作模式；给出了详细的硬件设计。第四章分析了使用DSP实现移相控制的策略；给出了详细的软件设计和程序流程；给出样机的试验结果与分析。第五章对全文进行了总结，并对以后进一步的工作提出了设想。
Higher frequency ,modular construction and digitalization is the main development tendency in the field of the switching power supply .High power density and high frequency converter is based on soft-switching techniques. Full Bridge Phase-Shifted Zero-Voltage-Switched Converter (FBPS-ZVS Converter) is a successful implementation for Soft-switching and is easy for usage in DC/DC converter .The core technique to reach digitalization is DSP technique .In order to reach both high frequency and digitalization of converter ,a FBPS-ZVS Converter based on DSP control is proposed in this paper The converter worked on the high frequency of 150K.Periphery hardware circuit is simple and its bulk is small .The converter realizes soft-switching over half load and get a high efficiency .It achieves the aim of digital control and error protect.
In the first chapter ,the study background .direction and main content of this paper are presented .In the second chapter ,the character and application of Motorola DSP chip ,the system design of this power supply and a small-signal model of FBPS converter are introduced .In the third chapter ,the operation of FBPS converter is analyzed in detail and the design of hardware is given .In the fourth chapter particular software design and program flow are given .The result and analyse of experiment are given in this chapter too .In the last chapter ,summarize of full paper and works followed are given.
本文第一章介绍了课题的研究背景、方向和主要内容；第二章简单阐述了DSP芯片的特点及其在电力电子领域的应用，介绍了Motorola DSP芯片DSP56F8323的性能特点；提出基于Motorola DSP控制的移相全桥软开关DC／DC变换器的硬软件系统设计方案；最后建立移相全桥变换器的小信号模型进行系统分析。第三章分析了系统硬件部分即软开关全桥变换器的工作原理和工作模式；给出了详细的硬件设计。第四章分析了使用DSP实现移相控制的策略；给出了详细的软件设计和程序流程；给出样机的试验结果与分析。第五章对全文进行了总结，并对以后进一步的工作提出了设想。
Higher frequency ,modular construction and digitalization is the main development tendency in the field of the switching power supply .High power density and high frequency converter is based on soft-switching techniques. Full Bridge Phase-Shifted Zero-Voltage-Switched Converter (FBPS-ZVS Converter) is a successful implementation for Soft-switching and is easy for usage in DC/DC converter .The core technique to reach digitalization is DSP technique .In order to reach both high frequency and digitalization of converter ,a FBPS-ZVS Converter based on DSP control is proposed in this paper The converter worked on the high frequency of 150K.Periphery hardware circuit is simple and its bulk is small .The converter realizes soft-switching over half load and get a high efficiency .It achieves the aim of digital control and error protect.
In the first chapter ,the study background .direction and main content of this paper are presented .In the second chapter ,the character and application of Motorola DSP chip ,the system design of this power supply and a small-signal model of FBPS converter are introduced .In the third chapter ,the operation of FBPS converter is analyzed in detail and the design of hardware is given .In the fourth chapter particular software design and program flow are given .The result and analyse of experiment are given in this chapter too .In the last chapter ,summarize of full paper and works followed are given.
引文
[1]丁道宏，电力电子技术(修订版)，航空工业出版社，1999．
[2]Jai P. Agrawal,Power Electronic Systems Theory and Design, Tsinghua University Press,2001
[3]陈坚，电力电子学——电力电子变换和控制技术，高等教育出版社，2002．
[4]王学礼，现代电力电子技术的应用与展望，电气时代，2003，8(1)：39-40．
[5]罗飞路、曹雄恒、陈江龙，电力电子技术现状和未来，电气时空，2002，4(1)：16-18．
[6]阮新波、严仰光，脉宽调制DC／DC全桥变换器的软开关技术，科学出版社，2001．
[7]杨德刚、赵良炳，软开关技术回顾与展望，电力电子技术，1998，1(1)：96-101．
[8]Joyce Van de Vegte, Fundamentals of Digital Signal Processing,Publishing House of Electronics Industry,2003
[9]张雄伟、曹铁勇，DSP芯片的原理和开发应用(第2版)，电子工业出版社，2001．
[10]邵贝贝、龚光华等，Motorla DSP型16位单片机原理与实践，北京航空航天大学出版社，2003．
[11]Andrew Bateman,lain Paterson-Stephens,The DSP Handbook Algorithms,Applications and Design Techniques,china Machine Press,2003
[12]http://www. ebnchina.com/ART_8800053624_617661.HTM.6f7c9bb2
[13]刘和平，TMS320LF240x DSP结构、原理及应用，北京航空航天大学出版社，2002
[14]DSP56F8323DataSheet.,Motorola Inc,2003
[15]DSP56800 16-Bit Digital Signal Processor Family Manual. Rev. 2.0, Motorola Inc, 2002
[16]DSP56F83xx Family 16-Bit Digital Signal Processor Peripheral Manual. Rev. 0.7, Motorola Inc,2003
[17]DSP56800E Digital Signal Processor Core Reference Manual. Rev. 2.0, Motorola Inc, 2001
[18]刘胜利，现代高频开关电源实用技术，电子工业出版社，2001
[19]曹升芳，全桥移相控制电力系统操作电源开关整流模块研究与开发，南京航空航天大学硕士学位论文，1999．
[20]还芳、徐至新、谢勇刚，移相全桥ZVZCS变换器及数字控制研究，通信电源技术，2003，2：1-5
[21]胡寿松，自动控制原理(第三版)，国防工业出版社，1994
[22]张卫平、吴兆麟、李洁，开关变换器建模方法综述，浙江大学学报(自然科学版)，1999，33(2)：169-175
[23]周嘉农、曾小平，DC-DC开关变换器的建模与分析的动态评述，华南理工大学学报(自然科学版)，2000，28(8)：111-116
[24]林荫宇等，移相全桥零电压PWM变换器的建模与仿真，重庆大学学报，2000，23(2)：49-52．
[25]杨旭、赵志伟、王兆安，移相全桥型零电压软开关电路谐振过程的研究，电力电子技术，1998，3：36-39
[26]Jang Yungtaek,Jovanovic and Milan M, A new family of full-bridge ZVS converters.IEEE.APEC'03,2003,2:622-628
[27]Ren Yuancheng,Xu Ming,Meng Yu,Lee Fred C,A novel quasi-resonant phase-shifted full-bridge converter for 48V power pods .IEEE.APEC'03,2003,1:420-425
[28]W chen,F C Lee,M M Jovanovic and J A Sabate,A comparative study of a class of full bridge zero-voltage-switched PWM converters,IEEE.APEC'95,1995,9(1):893～899
[29]史平君，实用电源技术手册电源元器件分册，辽宁科学技术出版社，1999
[30]http://www.irf. com/product-info/datasheets/data/irfpc601c.pdf
[31]http://www.irf. com/product-info/datasheets/data/60ctq150.pdf
[32]张先谋、李耀华，平均电流模式控制软开关移相全桥DC／DC变换器，电工电能新技术，2003，22(2)：20-23
[33]李红平、詹晓东，采用峰值电流模式的全桥移相控制DC／DC变换器，电力电子技术，2000，2(1)：27-30
[34]王沫然，Simulink4建模及动态仿真，电子工业出版社，2002
[35]陈桂明等，应用MATLAB建模与仿真，科学出版社，2001
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