1、学校代号：学 号：密 级：10532S1107W405不保密湖南大学工程硕士学位论文基于DSP的数控电源设计堂僮宝遣厶丝名! 堇圭王昱垣丝刍盈墨整! 塑盟熬援冀量垩直级王猩垣墙 羞 望 僮! 塑堡皇丝鱼王抖堂堂瞳童 些刍 整； 塞盛电路王猩途窒握童旦麴； 2Q!垒生三旦12目迨窒簦整旦期； 2Q!垒生璺旦窆旦筌趱委虽盒圭虚! 萱垂熬援The design of the digital control power supply based on DSPbyFAN ZhiganBE(Hunan UniVersity)201 1A thesis submitted in partial satisf
2、action of therequirement for the degree ofMaster of engineeringlnIntegrated circuitin theGraduate schoolofHunan UniversitySupervisorProfessor Hu Jin，Senior Engineer Gong YuepingMarch，2014湖 南 大 学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个
3、人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：邑志平 日期： 1,q-年午月，。日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1保密口，在一年解密后适用本授权书。2不保密曰。(请在以上相应方框内打“”)日期：)-f牛年牟月lD日日期：f牛年年月o 日L伞一告袋干乳1抒卿芄切：孙氰签签者师阼导基于I)
4、SP的数控电源设计摘 要随着电子科学技术的不断发展，人们对电源的要求日益增高，模拟电路解决方案越来越难以满足要求，数字电源便应运而生。数字电源主要是采用数字的方式来实现电源的智能控制、保护电路和通信接口的新型电源技术。数字信号处理器DSP的发展更加促进了开关电源数字化的进程。文章介绍了DSP作为电源的控制核心，通过控制电源的功率开关管，实现了对输出电压的精确控制。系统由功率因数校正电路、直流转换电路和控制部分电路三部分组成。在介绍功率因数校正电路基本原理的基础上，选择升压型拓扑结构；通过平均电流控制方法，对电路中各元件的参数进行计算和选择，完成元器件的选型；采用电压电流双环控制结构及PI算法，
5、建立了数学模型，实现功率因数校正电路的设计。直流转换电路部分完成了后半部分的DCDC电路的设计。根据设计的实际需求，在介绍的几种常见经典拓扑结构中选择了一种并对其进行改进，最终确定了包含同步整流结构的具有多路输出双管单端正激结构；在选定变压器、电感等磁性元件基础上，设计了控制部分和驱动电路等外围电路。控制部分采用DSP作为主控制芯片，主要利用到DSP内部的事件管理器模块和模数转换模块，通过软件编程对电路中的电压电流进行采样，输出合适的PWM波形控制电路中开关管的通断时间以达到调节输出电压的目的。通过搭建实验及检测电路，对各个模块进行了相应的仿真和实验，仿真结果表明电源能实现功率因数校正的作用，
6、最后的输出电压为三路16V，功率能达到500W，证明了方案的可行。关键词：数字电源；数字信号处理；功率因数校正；直流转换工程硕士学位论文Ab stractWith the development of electronic science and technology,more and morepower supply are in great demandAnalog circuit solutions are difficult to meet therequirements，SO the digital power supply comes into beingDigital power
7、 supply is anew power supply technology which has some new functions like intelligent control，protection circuitry and communication interfacesDigital signal processor(DSP)promotes the development of digital power supplyThis article mainly introducesinformation that D SP used as the primary power su
8、pply control can regulate theoutput voltage accurately through controlling the switchesThe system consists of the power factor correction circuit，the converter circuitand a control circuit sectionFirstly boost topology was chosen on the basis of thepower factor correction circuit principleIt uses th
9、e average current control method tofinish calculating the elements parameters and selecting the componentsThroughdesigning a mathematical model with Voltagecurrent loop control and PI algorithm，the power factor correction function is achievedThen according to the actual needsof the design，choose one
10、 of several classical topologies and improve itSo the DCconverter circuit is determined which have the double tube single end forwardstructureIt also has multichannel outputs and synchronous rectifier structureWithselecting the transformers，inductors and other magnetic components the control partsan
11、d driver circuit are designedThe DSP is selected as the core chip of the maincontrol partEvent management module and analog to digital conversion module inDSP are mainly usedThrough programming，voltages and currents in the circuit aresampledThen event management module generate PWM wave to control t
12、he switchesin order to get the purpose output voltageFinally，the experimental circuit was builtThe simulation and experiment resultsshow that the circuit has the power factor correction functionEach way of threeoutput voltages is 1 6V and power is 500w,which turns out to be that the design isfeasibl
13、eKey Words：Digital Power Supply；DSP；Power Factor Correction；DCDC converter基于DSP的数控电源设计目 录学位论文原创性声明和学位论文版权使用授权书I摘要IIAbstract，III第1章绪论111研究背景l12国内外发展现状和动态l13数字电源与模拟电源的区别214本文研究的主要内容4第2章功率因数校正(PFC)电路的设计521引言522功率因数校正介绍623 PFC电路拓扑结构的选择724 PFC电路的控制方法825主电路组件参数设计选择10251设计要求10252整流桥选择一10253 Boost电感的选择1025。
14、4输出电容的选择11255功率开关管和二极管的选择1226控制部分设计一12261 PI调节12262电压环设计14263电流环设计1927小结2l第3章DCDC电路的设计2231引言一2232 DCDC的类型2233 DCDC电路的设计2734电路参数设计一32341最大导通时间的确定33342变压器的设计33工程硕士学位论文343输出电感的计算34344输出电容的计算一34345电感Ls的计算34346开关管和二极管的选择一3535外围电路的设计35351控制部分设计35352驱动电路部分设计3636小结36第4章DSP原理及控制的实现3741 DSP简介3742 DSP内部硬件资源一38
15、43 DSP外围电路设计一42431供电电路设计42432时钟电路设计42433复位电路设计43434 JTAG接口电路设计4344软件设计4445小结49第5章仿真及测试结果5051 PFC模块仿真一5052 DCDC模块仿真5153实验设备5354测试结果54总结与展望57参考文献59致谢62V工程硕士学位论文11研究背景第1章绪 论随着社会的不断进步，电子科学技术也在不断发展升级，电路板上的各种元器件、芯片等的运行速度更快、体积更小。它们还要求供电电压的多样化、更低的输入电压和更大的输入电流，最终整个系统的功能不断增加，而平均售价却在不断下降。电源是给所有电子产品提供运行所需能量所必备的
16、，所以电源性能的优劣就决定了整个系统的好坏，在系统中起着至关重要的作用。用户对电源的要求越来越高，包括对电源的控制精度，对电源的智能管理，对电源的故障恢复等方面。电源设计人员也不再是只满足于实时监控电路的电流、电压、温度，还提出了对电源供应情况的诊断、对每个输出电压参数灵活设定的要求。这些要求对于现在的模拟电路解决方案是解决不了的。因此，作为电源发展的一个新的方向，数字电源就此产生，它的目标就是将电源管理和传统模拟电源的基本功能使用数字控制的方式集成到单芯片中，从而实现电源的智能控制和管理以及高效的转换。随着数字信号处理器(DSP)的发展，开关电源更容易实现数字化的控制，避免了模拟信号在传递过
17、程中的失真、畸变以及其他信号的干扰等现象，便于系统调试，可以实现不同的控制方法。数字电源，由于其理论和实施手段的不断完善，并且具有高度集成化的电路、精确的控制精度和稳定的工作性能，已经成为了一个重要的研究方向，而且数字控制也是最终实现电源模块化、集成化、智能化的一个重要手段比。12国内外发展现状和动态随着数字电源技术的不断发展更新，市场上对数字电源也越来越重视。数字电源在可控因素较多、需要更快的实时反应速度、需要管理多个电源等复杂的高性能系统应用中，其优势就会显现出来，为更多人熟知应用。数字电源系统在21世纪初开始发展，最早的是在2005年，由美国德州仪器公司(TI)率先推出了具有创新型的数字
18、电源产品，不仅显著提高了电源系统的性能，还大大延长了电源的使用寿命。同时，该公司还提出了“融合数字电源(FusionDigital Power)”的解决方案，以证明能以低成本来实现具有高性能指标和设计灵活的数字电源系统。后来，TI公司又推出了第三代融合数字电源控制器，编程更加灵活，进一步提高了电源系统管理的智能化程度。目前，国外著名芯片厂商爱基于DSP的数控电源设计立信、Atmel、Silicon等都在开发数字电源集成电路，数字电源正进入迅速发展的新时期。虽然国外对数字电源的发展还是很有争议，但是毕竟它代表了一项新技术拍“，还是很有发展潜力。我国电源行业的发展有三个阶段：第一阶段从上世纪50年
19、代开始，我国刚成立了一批电源企业，但主要是对国外的电源产品进行仿制，并逐步实现国产化。60年代到70年代期间，随着晶体管技术的发展，成功研制了无工频降压变压器的开关稳压电源。这一阶段我国电源产业从无到有开始发展，规模较小嵋1。第二阶段从上世纪70年代末开始，我国开始实行改革开放，经济发展较快，电源产业也跟着发展较快，电源企业和电源产品日益增加。同时，随着新的电子元器件的发展，很多研究院、企业和高校也都开始对更先进的电源产品进行研究制造，并且成功研制出了20KHz工作频率、1Kw功率的开关电源，同样是没有工频降压变压器的，应用于多个行业，取得了较好的效果哺1。第三阶段从90年代至今，国际上电源研
20、究日新月异，我国电源产业也取得了很大的发展。很多研究所、高等院校、军工系统等都有电源的开发和生产，同时也涌现出一大批电源厂商。目前国内虽然占据着世界大部分开关电源的市场，但是都是比较低级的模拟电源，对于数字电源还没有几家能达到国际化标准。随着科技的发展和市场需求的扩大，从模拟电源到数字电源的转型会大大加快。因此，在未来的电源系统中，模拟电源和数字电源会共存很长一段时间。近年来，国内的很多电源厂商、研究机构等都投入了大量人力物力对其进行深入研究，并取得了一定的研究成果，但是离普遍化的应用还是有一定的距离。在30多年前，电源行业由线性电源向开关电源转变时，遇到了成本高、输出噪声大等问题，但最后还是
21、在很多领域取代了传统的线性电源，是一个很大的变化。而在不久的将来，随着科技的发展和市场的需求，从模拟电源向数字电源的转变速度会大大加快，电源的数字化将会是一个更大的变化，数字电源具有良好的发展前景。1-3数字电源与模拟电源的区别前文提到模拟电源，那么现在对数字电源和模拟电源做个简单比较。数字电源和模拟电源最主要的区别在于控制和通信方面。其中，在方便易用方面或者电路参数不会经常发生变化的应用场合，模拟电源往往比数字电源更具有优势。因为这方面应用可以通过固化硬件来针对实现，模拟电源就是通过固定电路来实现的。而在对实时反应速度要求较快的场合、在控制参数会经常变化的场合、在复杂的具有更高性能的应用场合
22、中，数字电源比模拟电源的优势就体现出来了随1。工程硕士学位论文另外，在较复杂的多系统应用中，相对于模拟电源，数字电源主要是通过软件编程的方式来实现各方面的功能，因此它具备可扩展性与重复使用性等特点。这样可以使用户更加方便修改工作参数，来满足不同用途的需求旧1。还有，数字电源在实现中可以通过实时对过电流等现象进行管理，从而对电路起到保护作用。数字电源的控制方案有很多种，有用DSP控制的，也有用MCU(微控制器)控制的。DSP是Digital Signal Processing的缩写，同时也是Digital Signal Processor的缩写，前者是指数字信号处理技术，后者是指数字信号处理器。
23、数字信号处理技术是一门新兴学科，伴随着计算机和信息技术的发展而快速发展，主要是利用计算机等设备对信号用数字的方式进行采集、交换、滤波、增强、压缩、识别等处理，来得到人们需要的信号形式。而本文中提到的DSP均是数字信号处理器的意思，它是一种特别适合进行数字信号处理运算的微处理器，比一般的通用处理器的数字处理速度更快，并且能应用于实时运算当中。一般DSP有以下特点：(1)数据空间和程序空间分开，可以同时取指令和取数据；(2)硬件支持低开销或无开销的循环和跳转；(3)快速的处理终端；(4)支持并行操作；(5)能在一个指令周期内进行个乘加运算；(6)支持流水线操作n仉“1。相对来讲，DSP比一般的单片
24、机在数字运算处理方面更具有优势，所以会比用MCU控制的电源更能满足数字电源的需求，可以做到实时的反应速度更快，而且电源的稳压性能更好。那么，数字电源有什么好处呢?首先它是可编程的，比如通讯、检测、遥测等所有功能都可以用软件编程的方式来实现。另外，数字电源具有高性能和高可靠性，非常灵活“”。数字电源和模拟电源相比较，数字电源内含DSP或MCU(由DSP控制的开关电源可采用数字滤波器，控制功能更强相应速度更快、稳定性更好)；现场可编程(用软件编程来实现通信、检测、遥测等功能)；具有控制、管理和监测功能，能实现复杂控制；能充分发挥数字信号处理器及微控制器的优势，使所设计的数字电源达到高技术指标；能实
25、现多相位控制、分线性控制、模糊控制、负载均流以及故障预测等功能，为研制绿色节能型电源提供便利条件；高集成度，便于构成分布式数字电源系统；改变性能指标时不需要更换硬件；技术复杂，用户需要编程；技术复杂，用户需要编程；内部结构复杂，外部结构简单；成本偏高。而模拟电源性能和可靠性较差；集成度较低；改变性能指标时需要更换硬件；技术简单，不需要编程；内部结构简单，但外围电路较复杂；成本低n3，“1。基于BSP的数控电源设计14本文研究的主要内容目前能源问题日益严重，电动车、动力汽车等发展较快，它们以电池为主要动力，很大程度上缓解了不可再生资源的消耗，而且绿色环保无污染，具有很大发展空间。而使用动力电池就
26、会有电池的充电问题。有一种动力电池组额定电压为48V，由15个标称电压32V的单节锂电池串联而成，传统的充电方式是串联充电，这样必然会造成充电不均匀，使有些电池过充，而有些电池则未充满，影响整体电池的寿命。本文的设计来源于实际问题，主要目的就是使用DSP作为主控制芯片实现数字电源的功能，预期可以应用于对动力电池组进行充电或者其他一些电源电路，也可以应用于多路输出不同电压的其他场合，只需要改变软件编程而不用改变硬件结构。本文针对串联充电不均匀的这种情况准备采用单节电池独立充电，即每节电池均有一路电源输出为其供电。但是由于分出的线路比较多，实现过于复杂，所以又对其进行改进。把15节单电池分成三个电
27、池组，每组五节电池串联，额定电压为16V，对三组分别进行充电，实现独立控制，会对充电不均匀的问题有稍微的改进。本文研究的主要内容有：第1章绪论，主要介绍研究背景，国内外发展现状以及把数字电源和模拟电源做了对比，对本文主要内容作了概括介绍，并对全文主要内容进行分章介绍；第2章主要介绍了功率因数校正电路的设计，首先对功率校正技术的原理进行介绍，采用BoostPFC的拓扑结构进行设计，包括元件参数的计算和控制部分中的电压环和电流环的设计；第3章主要介绍了直流转换电路的设计，包括对各种已有的转换电路拓扑结构进行介绍，选择了适合本文要求的结构，对其进行设计改进，并计算电路各元件参数；第4章主要是控制部分
28、的设计，分模块介绍了要使用的DSP，并对外围电路和软件部分进行了设计：第5章主要包括对各个模块的仿真和实验平台的搭建以及测试结果分析。最后对全文进行了总结，并对下一步的工作进行了展望。工程硕士学位论文21引言第2章功率因数校正(PFC)电路的设计DSP控制的数字电源的基本结构框图如图21所示，市电交流输入经过整流，功率因数校正电路，DCDC(直流直流)转换电路产生合适的电压输出。电压电流反馈电路对指定的电压电流进行采样送入DSP中进行处理，DSP输出PWM(脉冲宽度调制)信号驱动功率开关管来控制DCDC电路，从而实现对输出电压的控制。DSP芯片作为主要控制芯片，输出电压电流经过反馈回路通过AD
29、(模数转换)接口模块采样后将采样结果与基准电压电流进行比较，比较的输出结果经过运算得到占空比来控制PWM模块产生信号输出。辅助电源为DSP芯片和其他芯片供电。图21 DSP控制的数字电源基本结构框图一般情况下，交流电源经过整流之后会在后边接一个大电容用来滤波，如图22所示，得到较为平整的直流电压。这样，虽然输入的交流电压是正弦的，但是输入的交流电流会有畸变，呈脉冲状n，如图23所示。这样就会造成严重的后果，谐波电流对电网有危害，功率因数也会下降。畸变的输入电流含有大量的谐波，会使谐波噪声提高，在输入端需要加上滤波器，会使成本增加，体积和重量也会相应增加；谐波电流倒流回电网会对电网造成污染，产生
30、二次效应，即电流流过电路中的阻抗造成电压降，会使原来的输入电压也发生畸变；另外也会造基于DSP的数控电源设计成电路故障，损害设备。一般情况下，如果电源功率超过75W时，为了减小高次谐波对电网的危害，还需要加入功率因数校正模块n 6171。因为本文设计的功率为500W左右，所以加入了功率因数校正电路。ACz Z l负 一 、载么 Z t图22ACDc变换器22功率因数校正介绍图23输入电压电流波形当用工频交流信号给感性或容性负载供电的时候，流过负载的电流也会是和输入电压信号波形一样的，呈现正弦波形，但是会比输入信号滞后或超前。设之后或超前的角度对x，假如输入电压有效值为K，输入电流有效值为，则输
31、入的视在功率为K。但是实际上传输到负载的功率只有KICOSX。这是因为在交流输入刚开始的时候，输入电源提供功率并暂时存储在负载的感性器件里，之后这部分存储的电流或能量回馈到输入电源。这些不向负载提供功率的电流也会在输入电源的内部或输入线路的电阻上消耗功率n引。功率因数定义为COSX，有功功率为功率因数和视在功率的乘积。在交流电流理论中，一般希望保持功率因数尽可能接近于1。也就是说，保持输入电网电流为正弦波并且和正弦电网电压同相位，获得这种效果的方法就称之为功率因数校6工程硕士学位论文正PFC(Power Factor Correction)。如果是采用二极管桥式整流和大电容滤波获得平稳的输出直
32、流电压，由于整流器的负载呈电压源特性，输入电流为周期性的大峰值脉冲，功率因数会很低，而且随着输入滤波电容的增大功率因数降低。所以为了提高功率因数，必须在桥式整流器和大容量滤波电容之间加入功率因数校正电路。该电路对于整流电路而言呈现电流源特性，使整流二极管在输入电压的整个周期内都导通，负载在输入电压的整个周期内都能从输入获得能量，这样就能保证不会再出现峰值很高的脉冲电流；同时该电路对负载是呈现电压源的特性，给负载提供稳定的直流电压，不会因为电网电压频率和幅值的变化而受到影响。目前，功率因数校正主要分为有源功率因数校正和无源功率因数校正。无源功率因数校正是采用无源组件来改善输入功率因数和减小电流谐
33、波。例如，在整流电路和滤波电容之间加入一个滤波器或者在交流侧接入谐振滤波器。它的主要优点是结构简单，成本低，可靠性相对较高，电磁干扰小等；缺点是体积大，难以得到较高的功率因数，工作性能与频率、负载和输入电压变化有关，所以在某些应用中难以满足要求。有源功率因数校正是用一个变换器接在整流电路和开关电源的DCDC变换器之间，通过一定的控制方法使输入电流在相位上跟随输入电压，反馈输出电压并且使之稳定，从而实现DCDC变换器的预稳。和无源PFC相比，控制电路稍微复杂，成本要高一些，可靠性也会降低，但是体积和重量大大减小，对功率因数的改善也比较好，功率因数一般在95以上，目前得到广泛应用。23 PFC电路
34、拓扑结构的选择PFC电路有三种最基本的拓扑结构，分别是Buck(降压型)、Boost(升压型)和BuckBoost(降压升压型)。这三种中只有Buck电路是降压电路，在交流过零点处不能输出额定的正向电压，其余两种结构都能很好的校正功率因数。Buck-Boost电路虽然输入电流高，但是储能电容的电压要低于Boost型PFC。这是因为当电路开关断开时，在Boost结构中，输入电压和电感产生的电压一起加到输出电容和负载上，而BuckBoost结构中只有电感产生的电压加在了输出电容和负载上。因此，采样同样的电感时，Boost电路的输出功率更大，效率也更高。所以，Boost结构最适合作为PFC的主电路，
35、BoostPFC是最为常见的一种，也是应用最为广泛的有源功率因数校正电路n。Boost型PFC电路有以下一些特点：(1)电路中有输入升压电感，对输入滤波器的要求降低，并可防止电网对主电路的高频瞬态冲击；(2)电路工作在连续电流模式，电磁干扰比较小；基于DSP的数控电源设计(3)输出电压大于输入电压的峰值；(4)开关器件的电压不超过输出电压值，开关管的驱动电路比较简单；(5)可以在国标规定的电压和频率的范围内正常工作。另外，Boost功率因数校正电路还有以下主要缺点：(1)输入输出之间没有绝缘隔离；(2)在开关管、二极管和输出电容之间有可能存在杂散电感，在高频工作时容易产生过电压，对开关运行造成
36、威胁。(3)功率开关管一直工作在高频状态，开关的损耗比较大。24 PFC电路的控制方法Boost有源功率因数校正根据电路中电感电流的连续与否可以分为两大类：CCM(连续导通模式)和DCM(断续导通模式)。DCM又称为电压跟随方式，它的优点是：输入电流自动跟随输入电压；可以实现零电流导通(zcs)。它也有以下一些缺点：输入输出纹波电流较大，对滤波电路要求高；峰值电流远高于平均电流，对器件要求较高；适用于小功率场合。所以一般在大功率的PFC电路中，常采用CCM方式。CCM模式的输入输出电流纹波小，总谐波失真和电磁干扰小，滤波简单，电流有效值小，开关器件导通的损耗小。常见的PFC控制方法有三种，即电
37、流峰值控制(PCMC)、电流滞环控制(HCC)和平均电流控制(ACMC)阻01。三种方法的基本特点如表21示：表21三种PFC控制方法根据表21可以看出平均电流模式对噪声的抗干扰性比较强，适用范围广，电路相对容易实现，所以本设计PFC部分采用工作在CCM方式下的平均电流控制模式的BoostPFC电路。8工程硕士学位论文图24平均电流控制BoostPFC电路原理图图24和图25分别为平均电流控制BoostPFC电路原理图和其输入电流及脉冲波形图，其基本控制原理为：采样输出电压v。后经过电压误差放大器VEA与基准电压vrcf进行比较输出误差放大信号v。该信号与输入电压采样值Vi。在乘法器MUL中相
38、乘得到的输出结果作为电流基准ircf送入电流误差放大器CEA。采样电流iL与电流基准在CEA中进行比较放大输出后送入PWM模块，在PWM中与一个给定的锯齿波信号进行比较产生一定占空比的PWM驱动信号，驱动开关管工作。由于电流环具有较高的增益带宽，使跟踪误差产生的畸变小于l，很容易实现接近于l的功率因数乜“22231。i 7飞均。、V8图25平均电流模式输入电流和脉冲波形电压误差放大器的输出是一个直流量，当采用比例积分(PI)调节时，如果采样输出电压大于基准值，即V。V阿，放大器的输出减小；反之，V。095r=0 4252整流桥选择整流桥的选择必须能承受输入电压和输入电流的最大值才能安全工作。输
39、入电压的最大值：Voc：f愀=2圪c脱辑=2x265V375V (21)输入电流的最大值：k瓦qt-2p。2锪-924(4) (22)其中“为电路效率，取为90。所以整流桥所需承受的最大电压和最大电流分别为375V和924A。为留有一定裕量，选择整流桥型号为D25XB60，它所能承受的最大电压为600V，最大电流为25A。253 Boost电感的选择主要考虑最坏情况，输入功率最大，并且输入电压最小的情况。此时输入电流最大，纹波也最大，只要保证在此种情况下输入电流的纹波满足要求，在整个工作状态下都能满足要求，所以电感的设计要在输入电压最低时进行。工程硕士学位论文在开关管导通时V，n=g筹 眨3，
40、所以三：堡丝 (24)址L其中D为占空比，T为开关周期。电感设计需要首先明确电感电流纹波系数，在文献【26】一书中，详细论述了电感电流系数的取值范围，以O4为最佳，所以此设计也选择电流纹波系数最大值为04。所以她=04x924=37(A) (25)占空比同样也需要在输入电压最低时计算 D：鳖二幺：380-x2x85：068(26)380所以得电感值 ：兰坐：x2x85O68xlO-s222(朋)(27)J， 37 。这里取250肛的电感。254输出电容的选择根据电容的计算公式c：坐L (28)其中m为电容的维持时间，一般取30ms60ms，这里取40ms。AV=一删为输出电压的纹波，取电压纹波
41、值为10，则脚=11x，倒=o9x。为平均电流2瓦等i Q9所以c：坐：了攀：上望坠唑；=693aF。AV吃一吃删(11x380)2一(o9x380)2本文使用两个470I-tF并联。基于DSP的数控电源设计255功率开关管和二极管的选择当开关管导通时，二极管截止，二极管上承受的反向电压为输出电压，流过开关管的电流为电感电流；当开关管关断时，二极管导通，其电流为电感电流，开关管上的电压为输出电压。二极管和开关管上承受的电压电流分别相同，均是输出电压和电感电流。因此，选择开关管和二极管时，其额定电压要大于输出电压，额定电流要大于电感电流最大值。考虑到设计余量，功率开关管的选择型号为IRF460，
42、其额定电压为500V，额定电流为20A；续流二极管选择型号为MURl560G，其额定电压600V，额定电流15A。26控制部分设计本文中PFC电路的控制部分预采用平均电流型的双环控制。外环为电压环，主要是采样输出电压进行修正以保证输出电压为稳定的直流电压，采样周期选为20KHz；内环为电流环，作用是保证输入电流能够跟踪电流给定，实现功率因数校正的目的，采样周期选为50KHz。调节算法方面选用工业控制中广泛应用的PI调节算法，它的算法简单，可靠性高。下面将对各个部分一一介绍。261 PI调节电压环和电流环都采用了PI调节，下面对PI调节作详细介绍。PI(Proportion、Integral)调
43、节即为比例积分调节，它是一种线性控制器，是将比例系数和积分系数通过线性组合的方式构成控制量，对控制对象进行控制。根据给定值r(t)和实际输出值y(t)构成偏差e(t)心71e(t)=，(f)-y(t) (210)然后将偏差通过比例和积分的组合构成控制量，控制关系为o)=酢心)+了1 fP(t)dt=Kee(r)+K，fe(t)dt (211)其中”o)为控制器输出，群为比例系数，乃为积分时间常数，K，=孚为积，分系数，e(f)为偏差，作为控制器输入。PI控制每一部分的作用如下：(1)比例部分比例环节的作用是及时的对偏差做出反应，偏差一旦产生，控制器立刻产生调节作用，使控制量向减少偏差的方向变化
44、。控制作用的强弱取决于比例系数K，比例系数越大，控制作用越强，过渡时间越短，控制过程中的静态偏差也越小；工程硕士学位论文但是耳越大，越容易产生震荡，破坏系统的稳定性。所以耳要选择一个折中的值使控制作用强但不至于产生震荡。(2)积分部分主要用于消除系统的静态误差，提高系统的无差度，但也会降低系统的响应速度，增加系统的超调量。积分作用主要取决于积分时间常数乃，正越大，积分调节作用越弱，不会产生震荡，但是消除静态误差的过程时间比较长，可以调高系统稳定性；反之乃越小时，积分调节作用就越强，在调节过程有可能产生震荡，但是消除静态误差的时间较短。通常情况下，是在耳不变的情况调节，五越大，积分作用越弱，系统的超调量就越小，系统的响应速度就会变慢乜引。因为DSP控制是采用数字的方式，所以必须对PI控制做离散化的处理，用一系列离散的采样点k表示连续的时问t，离散的PI控制算法表达式为：k“(七)=KPe(Ji)+KJ芝：e(-，) (212)j=o其中k为采样序列，u(k)表示第k次采样时PI调节的输出，e(k)表示第k次采样输入的误差值。数字PI控制可以分为位置式PI算法控制和增量式PI算法控制。式(212)所示即为位置式PI算法，它的输出可以直接用于控制被控对象。这种算法每次都要对P(后)进行累
