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基于对数字控制发展历程的总结归纳数字控制的优点
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2017-10-31
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摘要：总结了电力电子领域数字控制的发展历程，并对其现状和前景作了分析。基于对全桥隔离型的双向DC/DC变换器工作原理的分析，从简化硬件电路的角度出发，设计了数字控制的双向DC/DC变换器。试验控制功能全部由软件实现，电压可调性和稳压输出都得到满足。同时也由软件实现电路的双向运行，对蓄电池可以进行恒流充电。
关键词：双向DC/DC变换器；数字信号处理器；数字脉宽调制（DPWM）
0 引言
数字化技术随着信息技术的发展而飞速发展，同时，也对电力电子技术的发展起到了巨大的推动作用。随着电力电子技术和数字控制技术的发展，越来越多的数字控制开关变换器投入使用。但是，在高频PWM变换器中还存在一些需要解决的问题。
随着数字信号处理技术的日益完善和成熟，它显示出了越来越多的优点，诸如便于计算机的处理和控制；避免模拟信号的传递畸变和失真；减少杂散信号的干扰；便于自诊断，容错等技术的植入等。在计算机进入电力电子技术领域的初期，只是完成诸如监控、显示等辅助功能，实现系统级的控制。但是，随着数字化技术的发展，计算机已经被应用于控制电路。专用于PWM变换器的数字控制器由于其功耗低，对模拟电路部分参数变化不敏感，可以方便地和数字系统相连接，并且可以方便地实现完善成熟的控制方案，而越来越受欢迎。此方面的应用包括电压调节模块（VRM）的微处理器，音频放大器，便携式电子装备等等。
数字控制的电力电子装置以数字控制器代替模拟硬件电路进行PWM控制，通过开关的快速切换实现电量的变换。以占空比量化为基础的数字功率变换器的数字控制，相对于传统的模拟控制有很多优点。数字滤波器是用来进行动态调节的，若设定其采样频率等于功率变换器的采样频率，量化占空比数字控制器可以工作在任何开关频率，而不须再补偿。通过对权系数的修改，可以方便地改变动态调节特性。同时，基本的数字控制器可以很容易地实现诸如输出电流限幅和软启动等特殊功能。
本文基于对数字控制发展历程的总结，归纳了数字控制的优点。通过对全桥隔离型的双向DC/DC变换器工作原理的分析，从简化硬件电路的角度出发，将控制功能全部集中起来由软件实现，试验中电压可调性和稳压输出都得到满足。同时，也由软件实现电路的双向运行，对蓄电池可以进行恒流充电。试验所采用的数字控制器是TMS320LF2407，整个控制系统为所开发的通用电力电子装置的数字控制平台。
1 数字控制双向DC/DC变换器基本结构及其工作原理
随着科技和生产的发展，对双向DC/DC变换器的需求逐渐增多，主要包括直流不间断电源系统、航天电源系统、电动汽车、直流功率放大器及蓄电池储能等应用场合。
数字脉宽调制（DPWM）双向DC/DC变换器的基本结构如图1所示。本文采用全桥隔离型双向DC/DC变换器作为实验装置的主电路结构。
图1 DPWM双向DC/DC变换器方框图
控制器由模数转换器（ADC），DPWM控制模块和离散调节控制模块组成。其中ADC模块把可调量（典型的是采样输出电压Vout）离散量化，DPWM把控制信息转化为PWM脉宽信号，离散控制中心执行对反馈量的计算调制。
下面对双向DC/DC主电路的工作原理进行简单分析，其主电路如图2所示。
图2 全桥隔离型双向DC/DC主电路图
关键词：双向DC/DC变换器；数字信号处理器；数字脉宽调制（DPWM）
0 引言
数字化技术随着信息技术的发展而飞速发展，同时，也对电力电子技术的发展起到了巨大的推动作用。随着电力电子技术和数字控制技术的发展，越来越多的数字控制开关变换器投入使用。但是，在高频PWM变换器中还存在一些需要解决的问题。
随着数字信号处理技术的日益完善和成熟，它显示出了越来越多的优点，诸如便于计算机的处理和控制；避免模拟信号的传递畸变和失真；减少杂散信号的干扰；便于自诊断，容错等技术的植入等。在计算机进入电力电子技术领域的初期，只是完成诸如监控、显示等辅助功能，实现系统级的控制。但是，随着数字化技术的发展，计算机已经被应用于控制电路。专用于PWM变换器的数字控制器由于其功耗低，对模拟电路部分参数变化不敏感，可以方便地和数字系统相连接，并且可以方便地实现完善成熟的控制方案，而越来越受欢迎。此方面的应用包括电压调节模块（VRM）的微处理器，音频放大器，便携式电子装备等等。
数字控制的电力电子装置以数字控制器代替模拟硬件电路进行PWM控制，通过开关的快速切换实现电量的变换。以占空比量化为基础的数字功率变换器的数字控制，相对于传统的模拟控制有很多优点。数字滤波器是用来进行动态调节的，若设定其采样频率等于功率变换器的采样频率，量化占空比数字控制器可以工作在任何开关频率，而不须再补偿。通过对权系数的修改，可以方便地改变动态调节特性。同时，基本的数字控制器可以很容易地实现诸如输出电流限幅和软启动等特殊功能。
本文基于对数字控制发展历程的总结，归纳了数字控制的优点。通过对全桥隔离型的双向DC/DC变换器工作原理的分析，从简化硬件电路的角度出发，将控制功能全部集中起来由软件实现，试验中电压可调性和稳压输出都得到满足。同时，也由软件实现电路的双向运行，对蓄电池可以进行恒流充电。试验所采用的数字控制器是TMS320LF2407，整个控制系统为所开发的通用电力电子装置的数字控制平台。
1 数字控制双向DC/DC变换器基本结构及其工作原理
随着科技和生产的发展，对双向DC/DC变换器的需求逐渐增多，主要包括直流不间断电源系统、航天电源系统、电动汽车、直流功率放大器及蓄电池储能等应用场合。
数字脉宽调制（DPWM）双向DC/DC变换器的基本结构如图1所示。本文采用全桥隔离型双向DC/DC变换器作为实验装置的主电路结构。
图1 DPWM双向DC/DC变换器方框图
控制器由模数转换器（ADC），DPWM控制模块和离散调节控制模块组成。其中ADC模块把可调量（典型的是采样输出电压Vout）离散量化，DPWM把控制信息转化为PWM脉宽信号，离散控制中心执行对反馈量的计算调制。
下面对双向DC/DC主电路的工作原理进行简单分析，其主电路如图2所示。
图2 全桥隔离型双向DC/DC主电路图
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