基于DSP通訊全橋開關電源的研究與設計

摘要：針對傳統開關電源中損耗較大，超調量較大，動態性能較差等問題，提出了基于DSP的全橋軟開關技術。通過Matlab仿真結果表明模糊自適應PID控制算法比傳統PID控制算法在超調量、調節時間、動態特性等性能上具有優越性。
關鍵詞：DSP；全橋開關；功率因數；Matlab

0 引言
高頻開關電源以其重量輕、體積小、高效節能、輸出紋波小、容量大等優點，在通訊和低電壓行業得到了廣泛的應用，且逐步在電力系統中得到應用。尤其隨著電信業的迅猛發展，電信網絡總體規模不斷擴大，網絡結構日益復雜先進，作為通訊支撐系統的通訊用基礎電源系統，市場需求逐年增加，其動力之源的重要性也日益突出。龐大的電信網絡高效、安全、有序的正常運行，對通信電源系統的品質提出了越來越嚴格的要求，推動了通信電源向著高效率、高頻化、模塊化、數字化方向發展。近年來，由于軟開關技術的不斷發展與成熟，已逐步應用在開關電源中，尤其在中大功率的全橋變換器中應用最為廣泛，這使電源轉換效率得到提高。由于傳統模擬控制電路結構復雜，一經設計完成其控制策略就不能改變等缺點的存在，數字式控制方式得到發展。并隨著開關電源在通訊，監控等功能上的擴展，數字電源已逐步取代傳統模擬電源。

1 系統框圖
圖1為軟開關全橋變換開關電源拓撲。虛線框以內為控制電路，虛線框以上為主電路。主電路主要包括輸入整流濾波、功率因數校正，全橋變換電路、高頻變壓器、輸出濾波電路。控制電路主要由采樣電路、控制和保護單元、監控單元等組成，并為了保證控制電路及相關電路正常工作還必須包括輔助電源。

本電源采用ZVS―PWM拓撲，單相220V交流輸入，經過PFC模塊后為直流400V，主功率管采用MOSFET管，控制部分由DSP控制電路，電壓電流雙閉環控制。輸出采用全波整流并進行無源LC濾波。

2 主電路設計
針對48V／20A的通訊高頻開關電源，其主電路采用移相式全橋變換器拓撲。移相全橋軟開關控制器具有恒頻軟開關運行、移相控制實現方便、電流和電壓應力小、巧妙應用寄生電容等優點。移相控制作為全橋變換器特有的一種控制方式，是指保持每個開關管的導通時間不變，同一橋臂的開關管的相位互差180°。然而對于全橋變換器來說，當只有對角的開關管同時導通時主變壓器才輸出功率。所以可以通過調節對角的兩個開關管導通重疊角的寬度來進行穩壓控制，而在功率器件環流期間，它又利用變壓器的漏感以及功率半導體器件的結電容或者外加的附加電感電容的諧振來實現功率管的零電壓或者零電流換流。
1)有源PFC設計
有源功率因數校正技術的基本思想是在整流電路與濾波電容之間加入DC／DC變換，通過適當控制使輸入電流的波形自動跟隨輸入電壓的波形，使輸入阻抗呈純阻性，即通過控制開關元件，切換濾波電感和濾波電容充放電能量實現功率因數的提高。本設計中采用的是平均電流控制Boost功率因數校正電路，PFC控制芯片采用NCP1653。該PFC控制芯片的主要工作原理是同時控制輸入電流與輸出電壓，而電流控制回路的命令是由整流后的線電壓所決定，所以可以使轉換器的輸入阻抗呈現電阻性。