一種基于數字控制的諧振變換器設計

摘要：LLC諧振變換器能以很小的工作頻率變化，調節寬范圍的輸出功率，在全負載變化范圍實現功率開關管的零電壓開通和零電流關斷。此處選取數字信號處理器(DSP)作為控制單元，設計了基于DSP的LLC諧振變換器，并通過分析給出了實現數字PI控制的具體算法和系統軟件設計。最后給出了模塊樣機的實驗波形，驗證了理論分析的正確性。
關鍵詞：變換器；諧振；數字信號處理器

1 引言
近年來，LLC諧振變換器由于其簡單、高效、軟開關等特點得到廣泛關注和研究。與傳統諧振變換器相比，LLC諧振變換器兼備了串聯諧振變換器和并聯諧振變換器的優點，其輸出調節范圍寬，開關損耗小，能在全負載范圍內實現ZVS開通。文獻主要討論了LLC諧振變換器的拓撲結構、工作性能和基波建模分析。
對于LLC諧振變換器，變頻控制是主要的控制方法。通過調節開關管的工作頻率，改變變換器的增益特性，從而在寬輸入電壓范圍內滿足增益要求。目前，對LLC諧振變換器的研究多采用模擬控制，但其存在一些固有缺點，與模擬控制相比，數字控制可以簡化硬件電路，消除因離散元件造成的不穩定和電磁干擾，具有設計周期短、控制精度和靈活性高等特點。
鑒于LLC諧振變換器優越的性能和目前模擬控制的局限性，此處將數字控制和軟開關技術相結合，利用TMS28027系列芯片完成電源的控制策略，對LLC諧振變換器進行數字控制研究。最后通過實驗驗證了理論分析的正確性和有效性。

2 LLC諧振變換器
圖1示出LLC諧振變換器結構。兩個功率MOSFET VQ1和VQ2構成半橋結構，其驅動信號均為占空比為0．5的PWM波，構成了互補信號。該變換器的研究目標是在330 V～390 V寬輸入范圍的電壓下，維持輸出電壓恒定為48 V，額定功率為150 W，并且滿載運行時，工作效率在94％以上。

VDoss1，Coss1和VDoss2，Coss2分別為VQ1和VQ2的體二極管和寄生電容。整流二極管VD1和VD2組成一個中心抽頭的全波整流電路，Co為濾波電容。LLC諧振變換器有兩個諧振頻率，一個是Lr和Cr參與諧振的頻率，另一個是Lr，Cr和Lm參與諧振的頻率。兩個諧振頻率分別為：