体系选用电压闭环操控办法，调理器选用变参数数字PI算法，完结了模仿体系难以完结的杂乱算法和便利灵敏的移相操控计划。通过一台2 kW样机进行了试验，试验体系的开关频率为2 kHz。
导言
移相全桥ZVS DCDC改换器是现在使用最广泛的软开关电路之一。作为一种具有优秀功用的移相全桥改换器，其两个桥臂的开关管均在零电压软开关条件下运转，开关损耗小，结构简略，适应了直流电源小型化、高频化的发展趋势，因而在中大功率DCDC改换场合得到了广泛使用，而体系数字化操控可进一步进步体系的牢靠性。数字化体系具有完好的可编程才能，它使程序修改、算法晋级、功用移植都十分简略，相对于模仿操控办法具有显着的优势。DCDC改换器的数字化操控是当时的研讨热门之一。本文剖析了主电路原理，选用TMS320LF2407作为主控芯片完结了ZVS DCDC改换器的全数字操控，并给出了试验成果。
1 主电路拓扑及作业原理
ZVS PWM DCDC全桥改换器的主电路结构如图1所示，其首要波形如图2所示。由图1可见，电路结构与一般双极性PWM改换器相似。 Q1、D1 和Q4、D4组成超前桥臂、Q2、D2和Q3、D3组成滞后桥臂;C1～C4别离是Q1～Q4的谐振电容，包含寄生电容和外接电容;Lr是谐振电感，包含变压器的漏感;T副方和DR1、DR2组满足波整流电路，Lf、Cf组成输出滤波器，RL是负载。Q1和Q3别离超前Q4和Q2必定相位（即移相角），通过调理移相角的巨细来调理输出电压。由图2可见，在一个开关周期中，移相全桥ZVS PWM DCDC改换器有12种开关模态，通过操控4个开关管 Q1～Q4，在A、B两点得到一个幅值为Vin的沟通方波电压;通过高频变压器的阻隔变压后，在变压器副方得到一个幅值为Vin/K的沟通方波电压，然后通过由DR1和DR2构成的输出整流桥，得到幅值为Vin/K的直流方波电压。这个直流方波电压通过Lf和Cf组成的输出滤波器后成为一个平直的直流电压，其电压值为
UO=DVin/K（D是占空比）。Ton是导通时刻，Ts是开关周期（Ts=t12-t0）。通过调理占空比D来调理输出电压UO。
图1 改换器主电路结构
图2 改换器首要波形
由波形图可见，移相全桥电路操控办法的特点是：
① 在一个开关周期Ts内，每个开关导通时刻都略小于Ts/2，而关断时刻略大于Ts/2。
② 同一个半桥中，上、下两个开关不能一起处于注册状况，每个开关关断到另一个开关注册都要通过必定的死区时刻。
③ 比较互为对角的两对开关管Q1、Q4和Q2、Q3的开关函数波形，Q1的波形比Q4的波形超前0~ Ton/2时刻，Q2的波形比Q3的波形超前0~ Ton/2时刻，因而Q1和Q2为超前桥臂， Q3和Q4为滞后桥臂。
2 操控芯片TMS320LF2407A
TMS320LF2407A是TI公司规划的一种数字信号处理器，具有接口便利、编程简略、稳定性好、精度高、便利以及可重复性等长处。TMS320LF2407A部分功用如下：
① 作业电压3.3 V，有4种低功耗作业办法。电路规划时需考虑电平转化，不要超越DSP的作业电压。
② 单指令周期最短为25 ns（40 MHz），最高运算速度可达40MIPS，四级指令履行流水线。低功耗，有利于电池供电的场合;而高速度十分适用于电动机的实时操控。
③ 具有2个专用于电动机操控的事情办理器（EV），每一个都包含：2个16位通用定时器，8个16位脉宽调制（PWM）输出通道，1个能够快速封闭输出的外部引脚/PDPINTx（其状况可从COMCONx寄存器取得），可防止上下桥臂直通的可编程死区功用，3个捕捉单元，1个增量式光电方位编码器接口。
④ 16通道10位A/D转化器，具有可编程主动排序功用，4个发动A/D转化的触发源，最快A/D转化时刻为375 ns。
⑤ 操控器局域网（CAN）2.0B模块。
⑥ 串行接口SPI和SCI模块。
⑦ 依据锁相环的时钟发生器（PLL）。
⑧ 41个通用I/O引脚。
⑨ 32位累加器和32位中心算术逻辑单元（CALU）;16位×16位并行乘法器，可完结单指令周期的乘法运算;5个外部中止。
⑩ 1149.11990 IEEE规范的JTAG仿真接口。
很宽的作业温度规模，一般级为-40～85 ℃，特别级为-40～125 ℃。
3 体系的数字完结
图3为改换器硬件结构框图。由图可见，体系选用闭环操控办法，将改换器两边的电压、电流经霍尔检测电路检测并转化成相应的电压信号进行滤波，所得的反应信号一方面送入DSP片内进行A/D转化后进行闭环操控运算，一起送到毛病维护电路。本体系电压环选用PI调理器。数字PI调理器依据给定值和反应信号值进行差错调理，其输出成果决议了超前、滞后臂之间PWM驱动波形移相角的巨细，然后使操控量盯梢给定量;DSP宣布的驱动信号经电平转化电路进行电平转化后，送到驱动芯片M57962L构成终究的IGBT驱动信号。毛病维护电路则对电流、电压反应信号进行判别、处理，在毛病发生时给出毛病信号并从软件上置 PWM为无效办法，硬件上当即封闭IGBT驱动，对体系进行维护。数码管显现电路由带SPI接口的MAX7219和多位数码管组成。MAX7219合适规范的SPI通讯办法，一起还具有译码、驱动及数据锁存功用。每片MAX7219能以扫描办法对4位数码管进行智能化办理，大大降低了微处理器用于实时显现的时刻。
图3 改换器硬件结构框图
3.1 依据DSP的直接移相脉冲生成办法
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。在完结中
图4 依据DSP的直接移相脉冲生成办法
能够固定超前臂的驱动在每一周期的T0时刻宣布，那么只需推迟移相角Φ对应的时刻再发生全比较事情则能够得到滞后臂的驱动，能够完结0°～180°规模内的自在移相。由图4可见，定时器T1的计数办法为接连增减形式，在计数器T1CNT=0和T1CNT=T1PR时别离更新CMPR1和CMPR2的值，这一进程能够别离在T1的下溢中止和周期中止中完结。设移相角Φ对应的推迟时刻为Td，显然在0～T/2、T/2～T时刻段内，CMPR1、CMPR2值的联系可别离表明如下：
这种脉冲生成办法只需用到DSP的PWM1～PWM4的4个口，并且能够使用死区设置寄存器可编程地直接设置死区，因而十分灵敏便利，简略牢靠。
3.2 体系软件规划
体系软件首要有主程序和中止服务程序两大部分。主程序首要是完结体系初始化、开关机检测、开关机初始化，然后进入主程序循环等候中止，图5为主程序流程。中止服务程序包含周期中止程序、下溢中止程序等。在周期中止程序中完结读取电压采样值、数字滤波、施行操控算法、发动电流A/D转化、调理器运算程序等作业。假如体系呈现毛病，则外部硬件发生信号去封闭脉冲放大和整形电路，一起发生信号送DSP，发生中止封闭脉冲输出。为了到达更好的操控作用，调理器选用变参数数字PI算法，其操控思维是依照电压差错e（k）的正、负及上升、下降趋势，将反应电压一个周期的动摇分为6个区间，在不同的区间调用不同的 PI参数，然后完结最佳PI 调理，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 试验成果
依据前述计划搭建了试验体系，试验中选用三菱公司的智能功率模块（IPM）PM200DSA120作为逆变器的主开关器材。它抗干扰才能强、开关速度较快，功耗较低，具有驱动电源欠压维护、桥臂对管互锁维护、 过流维护以及过热维护等功用。开关频率为fs=10 kHz，注册时刻为ton=1.4 μs，关断时刻为toff=2.0 μs。试验波形如图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，可依据实际情况来确认。图8为PWM1、PWM3之间的移相15°的波形，该移相角可通进程序来操控，依据给定及负载的巨细进行主动调理。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 定论
本文研讨的是移相全桥全数字ZVS DC/DC改换器，具体剖析了它的作业原理，给出了其数字完结计划，并进行了试验。试验成果说明晰计划的可行性。依据DSP的移相全桥全数字ZVS DC/DC改换器结构简略，作业牢靠，易于完结，调试便利，功用完善，动静态功用与模仿改换器相同好，有很好的使用远景。
