基于DSP通訊全橋開(kāi)關(guān)電源的研究與設計

摘要：針對傳統開(kāi)關(guān)電源中損耗較大，超調量較大，動(dòng)態(tài)性能較差等問(wèn)題，提出了基于DSP的全橋軟開(kāi)關(guān)技術(shù)。通過(guò)Matlab仿真結果表明模糊自適應PID控制算法比傳統PID控制算法在超調量、調節時(shí)間、動(dòng)態(tài)特性等性能上具有優(yōu)越性。
關(guān)鍵詞：DSP；全橋開(kāi)關(guān)；功率因數；Matlab

0 引言
高頻開(kāi)關(guān)電源以其重量輕、體積小、高效節能、輸出紋波小、容量大等優(yōu)點(diǎn)，在通訊和低電壓行業(yè)得到了廣泛的應用，且逐步在電力系統中得到應用。尤其隨著(zhù)電信業(yè)的迅猛發(fā)展，電信網(wǎng)絡(luò )總體規模不斷擴大，網(wǎng)絡(luò )結構日益復雜先進(jìn)，作為通訊支撐系統的通訊用基礎電源系統，市場(chǎng)需求逐年增加，其動(dòng)力之源的重要性也日益突出。龐大的電信網(wǎng)絡(luò )高效、安全、有序的正常運行，對通信電源系統的品質(zhì)提出了越來(lái)越嚴格的要求，推動(dòng)了通信電源向著(zhù)高效率、高頻化、模塊化、數字化方向發(fā)展。近年來(lái)，由于軟開(kāi)關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展與成熟，已逐步應用在開(kāi)關(guān)電源中，尤其在中大功率的全橋變換器中應用最為廣泛，這使電源轉換效率得到提高。由于傳統模擬控制電路結構復雜，一經(jīng)設計完成其控制策略就不能改變等缺點(diǎn)的存在，數字式控制方式得到發(fā)展。并隨著(zhù)開(kāi)關(guān)電源在通訊，監控等功能上的擴展，數字電源已逐步取代傳統模擬電源。

1 系統框圖
圖1為軟開(kāi)關(guān)全橋變換開(kāi)關(guān)電源拓撲。虛線(xiàn)框以?xún)葹榭刂齐娐?，虛線(xiàn)框以上為主電路。主電路主要包括輸入整流濾波、功率因數校正，全橋變換電路、高頻變壓器、輸出濾波電路?？刂齐娐分饕刹蓸与娐?、控制和保護單元、監控單元等組成，并為了保證控制電路及相關(guān)電路正常工作還必須包括輔助電源。

本電源采用ZVS―PWM拓撲，單相220V交流輸入，經(jīng)過(guò)PFC模塊后為直流400V，主功率管采用MOSFET管，控制部分由DSP控制電路，電壓電流雙閉環(huán)控制。輸出采用全波整流并進(jìn)行無(wú)源LC濾波。

2 主電路設計
針對48V／20A的通訊高頻開(kāi)關(guān)電源，其主電路采用移相式全橋變換器拓撲。移相全橋軟開(kāi)關(guān)控制器具有恒頻軟開(kāi)關(guān)運行、移相控制實(shí)現方便、電流和電壓應力小、巧妙應用寄生電容等優(yōu)點(diǎn)。移相控制作為全橋變換器特有的一種控制方式，是指保持每個(gè)開(kāi)關(guān)管的導通時(shí)間不變，同一橋臂的開(kāi)關(guān)管的相位互差180°。然而對于全橋變換器來(lái)說(shuō)，當只有對角的開(kāi)關(guān)管同時(shí)導通時(shí)主變壓器才輸出功率。所以可以通過(guò)調節對角的兩個(gè)開(kāi)關(guān)管導通重疊角的寬度來(lái)進(jìn)行穩壓控制，而在功率器件環(huán)流期間，它又利用變壓器的漏感以及功率半導體器件的結電容或者外加的附加電感電容的諧振來(lái)實(shí)現功率管的零電壓或者零電流換流。
1)有源PFC設計
有源功率因數校正技術(shù)的基本思想是在整流電路與濾波電容之間加入DC／DC變換，通過(guò)適當控制使輸入電流的波形自動(dòng)跟隨輸入電壓的波形，使輸入阻抗呈純阻性，即通過(guò)控制開(kāi)關(guān)元件，切換濾波電感和濾波電容充放電能量實(shí)現功率因數的提高。本設計中采用的是平均電流控制Boost功率因數校正電路，PFC控制芯片采用NCP1653。該PFC控制芯片的主要工作原理是同時(shí)控制輸入電流與輸出電壓，而電流控制回路的命令是由整流后的線(xiàn)電壓所決定，所以可以使轉換器的輸入阻抗呈現電阻性。