DSP控制移相全桥DC-DC变换器的研究与设计

张文雄

（黑龙江科技大学，黑龙江哈尔滨，150027）

0 引言

本文以移相全桥为主电路拓扑，而移相全桥顾名思义就是通过移相控制的方法来实现控制的。此电路的同一桥臂的两个开关管轮流导通180°电角度，并且有一定的死去时间，而由于对角线的两个开关管没有同时导通，这就产生了移相角。所以，通过控制开关管的导通与关断的时间来控制电压和电流的大小，从而达到调节功率的目的。

软件部分则是采用DSP的TMS320F28335来实现的。TMS320F28335允许进行浮点编程，可以大大的简化编程，其综合性能较强，适合用作电气控制的芯片。

1 系统设计方案

图1为系统的设计框架，移相全桥电路分别连接着高压侧和低压侧，是变换能量的主电路。电压电流采样电路将采集的电压电流经过信号放大电路送入DSP中，然后再经过闭环电路产生PWM波形，最后通过控制开关管的通断，来实现能量的转换。

图1 系统设计框架

2 系统硬件电路的设计

2.1 主电路的原理及结构框图

如图2所示，在充电的过程中，左侧的四个开关管没有驱动电压，利用四个二极管实现整流桥的作用。而右侧的四个开关管有驱动信号，对角侧的两个开关管同时导通。在放电的过程中，左侧的四个开关管有驱动电压，右侧的四个开关管则没有电压，当四个开关管同时导通的时候，电感在储能。

图2 主电路框图

2.2 电压电流采集电路的设计

一次侧通过电流采样电路将电流送入DSP中，又因为DSP的I/O口的输入电压为3V，而采样值必须比它小，所以为了安全起见，还需设计保护电路。电流采样通过电流传感器进行采样，由LTS25-NP芯片对电流进行采样，由于信号很小，所以要送入运放芯片进行放大后才送入DSP。而对于保护电路的设计，又由（1）电压方程可知调节两个电阻值就可控制AD口采样电压在3V以下。

而电压采样电路则是通过电阻分压，由4个电阻组成，上三个电阻可以等效为一个电阻，然后和第四个电阻进行分压。因为要提高采样的精度，所以电阻的精度选择1%的。要输出24V，而采样的电压要小于3V，所以留出安全的范围，取电压为30V，采样电压取3V，由分压公式可求得电阻比例。

取 R22=20K,则 R11=130K，R12=20K，R13=30K。再有电阻的功率计算公式求得:

又因为送入DSP的电压范围在0～3.3V，所以要对采样后的电压做一个限幅，电压幅值的限制有很多种的方法，本设计采用的是加二极管进行稳压，但是由于DSP电压的范围，所以应选择压降较小的二极管，这里选择1N5817，其压降为0.37V满足本设计需求。

3 软件的设计

如图3所示，当电压和电流采集完会送入DSP中，这时AD缓冲的数据就会触发中断，在中断过程中去运行一系列的算法，包括软件的滤波程序，保护逻辑动作，PID闭环控制策略等，最后产生PWM波经过驱动电路控制开关管的通断。

图3 程序流程框图

4 运行结果

如图4所示，经过实验后，用示波器可以看到各个开关管的驱动波形。前桥臂是一对存在死区的互补波形，后桥臂PWM3-PWM4也是互补波形。

图4 驱动波形

如上图所示，图5为变压器一次侧的波形，图6和图7分别是输出和输入端电压和电流的有效值。若给定100V时，假设负载为25欧姆，此时给上位机设置电压50V，结果会出一个2A的电流，即次设计总的功率为100W。图片中的杂波是由于电源质量的问题，不是变换器自己的原因。

图5 变压器一次侧波形

图6 输入电压波形

图7 输入电流波形

5 结论

本文介绍了移相全桥的工作原理，完成了硬件电路的设计和软件设计，最后得出的波形验证了此设计的正确性。