基于DSP控制的數(shù)字式雙向DC/DC變換器的實(shí)現(xiàn)

（d）v_ab波形

圖3 原邊對副邊放電S₁～S₄驅(qū)動(dòng)信號(hào)與v_ab

移相控制時(shí)門極脈沖如圖3(c)所示，S₄門極脈沖比S₁門極脈沖滯后一個(gè)角度θ，v_ab如圖3（d）所示。因此，可以通過控制滯后角度θ的大小來控制輸出電壓。在數(shù)字控制器中可以用軟件設(shè)定滯后角度θ來控制輸出電壓，即可以通過移相控制使輸出電壓可調(diào)。

1.2 副邊對原邊充電

此時(shí)，如圖3所示，只要把S₅～S₈的驅(qū)動(dòng)信號(hào)與S₁～S₄的驅(qū)動(dòng)信號(hào)互換，v_ab則由v_cd替換即可，同樣存在滿調(diào)制和移相控制兩種情況。但是，通常情況下充電要求恒流充電，因此，也可以通過移相控制來滿足此要求。原副邊的工作過程剛好與放電時(shí)相反。此處不再贅述。

2 雙向DC/DC數(shù)字化控制的軟件實(shí)現(xiàn)

雙向DC/DC變換器，可以實(shí)現(xiàn)能量的雙向傳輸。通常正向放電要求輸出電壓可調(diào)，而反向充電過程通常要求充電電流恒定不變。通過對S3和S2的移相控制可以實(shí)現(xiàn)副邊輸出電壓的可調(diào)要求，同樣，副邊對原邊進(jìn)行充電時(shí)，可以通過移相控制使得充電電流恒定。

主程序流程圖和ADC的中斷服務(wù)程序流程圖分別如圖4和圖5所示，在軟件進(jìn)行移相控制實(shí)現(xiàn)輸出電壓可調(diào)的同時(shí)，軟件實(shí)現(xiàn)電壓環(huán)的調(diào)節(jié)，使輸出穩(wěn)壓。由于TMS320LF2407內(nèi)部帶有ADC模塊，因此，輸出電壓值通過電壓LEM采樣反饋給DSP的ADC模塊，在AD中斷程序里讀取采樣值，然后進(jìn)行數(shù)字濾波和數(shù)字PI調(diào)節(jié)，使輸出穩(wěn)壓。

圖4 主程序流程圖

圖5 ADC中斷服務(wù)程序流程圖

一般充電要求是恒流充電，所以，充電時(shí)反饋用電流環(huán),對原邊的充電電流進(jìn)行PI調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)恒流充電。本實(shí)驗(yàn)中原邊供電電源為蓄電池，由于其電壓為12V，真正要實(shí)現(xiàn)電流反向，使原邊的二極管導(dǎo)通，考慮到變壓器原副邊的變比為1：2，副邊電壓必須超過24V時(shí)才能實(shí)現(xiàn)電流反向，故必須得對副邊電壓采樣。對副邊電壓的采樣，不僅實(shí)現(xiàn)了PI調(diào)節(jié)，同時(shí)也用來控制雙向工作方式的切換。在雙向DC/DC的負(fù)載端電壓上升到一定程度時(shí)可以使能量倒流，對原邊進(jìn)行充電，使副邊多余的能量能夠反饋給原邊。

電壓采樣和電流采樣是實(shí)現(xiàn)輸出電壓可調(diào)及穩(wěn)壓和充電電流恒定的關(guān)鍵，在DSP的中斷服務(wù)程序中對采樣值進(jìn)行數(shù)字濾波和PI調(diào)節(jié)。程序根據(jù)給定輸出電壓參考值和充電電流參考值進(jìn)行PI調(diào)節(jié)，當(dāng)原邊輸入電壓變動(dòng)時(shí)，副邊輸出電壓穩(wěn)定在給定值；而當(dāng)副邊負(fù)載電壓有波動(dòng)時(shí)也可以根據(jù)給定電流參考來調(diào)節(jié)相移大小，控制原邊充電電流值。數(shù)字式PI調(diào)節(jié)采用的是增量式PI控制，其系統(tǒng)框圖如圖6所示。由于DSP具有強(qiáng)大的計(jì)算能力以及EV(Event Manager)模塊，則PWM信號(hào)可以方便地得到，因此，硬件部分可以大大簡化，控制電路部分可以全部省略而由軟件來代替，即軟件實(shí)現(xiàn)PI計(jì)算控制以及PWM信號(hào)的產(chǎn)生。但是，考慮到DSP的安全性問題，必須有光耦隔離。

圖6 增量式PI控制系統(tǒng)框圖

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)上述主電路工作原理分析,為證實(shí)數(shù)字化控制方法的有效性，制作了一臺(tái)實(shí)驗(yàn)樣機(jī)，開關(guān)頻率為50kHz。對于圖2所示的主電路結(jié)構(gòu)，所選用元器件參數(shù)如下：S₁～S₈選用IRF840，V_in為蓄電池（12V，4A·h/20h，充電使用）；C₁為100μF，C₂為100μF；IRF840前級(jí)用TLP250驅(qū)動(dòng)，控制器用TMS320LF2407A，光耦采用6N137；電壓采樣LEM為電流型的LV25-P，原邊額定電流10mA，副邊對應(yīng)電流25mA，此輸入和輸出對應(yīng)精度為±0.9％；電流采樣LEM為HDC-040G系列霍爾電流傳感器，其輸出電壓2.5V±1V，精度為±1％。

圖7（a）所示為副邊輸出10V時(shí)的實(shí)驗(yàn)波形，當(dāng)輸入電壓分別為10V，40V，50V時(shí)，S₂和S₄的驅(qū)動(dòng)波形分別如圖7（b），（c）， (d)所示，可見當(dāng)輸出電壓給定時(shí)，而輸入電壓可變，可以通過前文所提到的增量式數(shù)字PI控制實(shí)現(xiàn)移相控制，使輸出穩(wěn)壓得以實(shí)現(xiàn)。圖8為副邊輸出20V時(shí)的輸出電壓波形和各主開關(guān)的驅(qū)動(dòng)波形。

(a) 10V輸出波形 (b) 10V輸入時(shí)的驅(qū)動(dòng)波形