DC-DC变换器原理解析

平转换电路进行电平转换后，送到驱动芯片M57962L形成最终的IGBT驱动信号。故障保护电路则对电流、电压反馈信号进行判断、处理，在故障发生时给出故障信号并从软件上置 PWM为无效方式，硬件上立即封锁IGBT驱动，对系统进行保护。数码管显示电路由带SPI接口的MAX7219和多位数码管组成。MAX7219适合标准的SPI通信方式，同时还具有译码、驱动及数据锁存功能。每片MAX7219能以扫描方式对4位数码管进行智能化管理，大大降低了微处理器用于实时显示的时间。

　　图3 变换器硬件结构框图

　　3.1 基于DSP的直接移相脉冲生成方法

　　移相是滞后臂驱动相对于超前臂驱动之间的一个周期性延时，其延时角即为移相角。设PWM1/PWM2驱动超前臂开关管，PWM3/PWM4驱动滞后臂开关管，每个桥臂上下两管之间的驱动互补且带死区。在实现中

　　图4 基于DSP的直接移相脉冲生成方法

　　可以固定超前臂的驱动在每一周期的T0时刻发出，那么只要延迟移相角Φ对应的时间再发生全比较事件则可以得到滞后臂的驱动，可以实现0°～180°范围内的自由移相。由图4可见，定时器T1的计数方式为连续增减模式，在计数器T1CNT=0和T1CNT=T1PR时分别更新CMPR1和CMPR2的值，这一过程可以分别在T1的下溢中断和周期中断中完成。设移相角Φ对应的延迟时间为Td，显然在0～T/2、T/2～T时间段内，CMPR1、CMPR2值的关系可分别表示如下：

　　这种脉冲生成方法只需用到DSP的PWM1～PWM4的4个口，而且可以利用死区设置寄存器可编程地直接设置死区，因此非常灵活方便，简单可靠。

　　3.2 系统软件设计

　　系统软件主要有主程序和中断服务程序两大部分。主程序主要是完成系统初始化、开关机检测、开关机初始化，然后进入主程序循环等待中断，图5为主程序流程。中断服务程序包括周期中断程序、下溢中断程序等。在周期中断程序中完成读取电压采样值、数字滤波、实施控制算法、启动电流A/D转换、调节器运算程序等工作。如果系统出现故障，则外部硬件产生信号去封锁脉冲放大和整形电路，同时产生信号送DSP，产生中断封锁脉冲输出。为了达到更好的控制效果，调节器采用变参数数字PI算法，其控制思想是按照电压误差e（k）的正、负及上升、下降趋势，将反馈电压一个周期的波动分为6个区间，在不同的区间调用不同的 PI参数，从而实现最佳PI 调节，其数学表达式为：

　　其程序流程如图6所示。

　　图5 主程序流程 图6 变参数PI算法流程

　　4 实验结果

　　根据前述方案搭建了实验系统，实验中采用三菱公司的智能功率模块（IPM）PM200DSA120作为逆变器的主开关器件。它抗干扰能力强、开关速度较快，功耗较低，具有驱动电源欠压保护、桥臂对管互锁保护、 过流保护以及过热保护等功能。开关频率为fs=10 kHz，开通时间为ton=1.4 μs，关断时间为toff=2.0 μs。实验波形如图7至图9所示。图7为 PWM1、PWM2的互补波形，由图可知，它们之间存在死区，该死区是可编程的，可根据实际情况来确定。图8为PWM1、PWM3之间的移相15°的波形，该移相角可通过程序来控制，根据给定及负载的大小进行自动调节。图9为T1管的驱动波形，正电压大约为15 V，负电压大约为9 V。

　　图7 PWM1、PWM2的互补波形

　　图8 PWM1、PWM3移相15°波形

　　图9 IGBT的驱动波形

　　5 结论

　　本文研究的是移相全桥全数字ZVS DC/DC变换器，具体分析了它的工作原理，给出了其数字实现方案，并进行了实验。实验结果说明了方案的可行性。基于DSP的移相全桥全数字ZVS DC/DC变换器结构简单，工作可靠，易于实现，调试方便，功能完善，动静态性能与模拟变换器一样好，有很好的应用前景。