基于CPLD的軟開關電源數字控制器設計

2.2磁偏檢測電路

在全橋電路中，一對功率開關管在工作周期的前半部分和后半部分交替地通斷，若它們的飽和壓降相等，導通脈寬也一樣，則稱電路工作在平衡狀態。但若由于某種 原因導致兩個半周期內施加在中頻變壓器上的電壓不相等(例如功率開關管的飽和壓降有較大差異)或是一對晶體管的導通脈寬不相等(例如由于存儲時間的不一 致、控制電路輸出脈寬不相等以及反饋回路引起的不對稱等)時，功率轉換電路就工作在不平衡狀態。變壓器的磁通在一個周期終了時不能返回到起始點，于是將在 一個方向增大，其工作區域將偏向一個象限，引起磁芯飽和從而導致功率開關管損壞，逆變失敗，此即所謂“單向偏磁”。

為了避免變壓器的飽和，充分發揮數字控制器的優勢，盡量簡化主電路的設計，增加變壓器的利用率，本文設計中采取以下方法來進行磁偏的檢測和控制。如圖4所 示，通過互感器分別檢測變壓器的一次側正負半周的電流大小，將檢測得到的值HCQ1和HCQ2進行比較，一旦某個半周的電流偏大超過一定的值，則認為出現 了偏磁，將該信號送入TMS320LF2407A的捕獲單元功能，產生捕獲中斷并通過中斷程序去調整相應橋臂的功率開關管驅動脈沖的寬度，強制對變壓器進 行磁恢復，防止變壓器飽和現象的發生。

2.3數據采樣及濾波

為了確保控制板與系統主電路的信號隔離，數據采樣電路上采用與霍爾電壓傳感器和霍爾電流傳感器接口，確保采樣輸入電路的信號與采樣輸出信號的完全隔離。

TMS320LF2407A芯片內部集成了10位精度的帶內置采樣/保持的模數轉換模塊(ADC)。根據系統的技術要求，10位ADC的精度可以滿足電壓 的分辨率、電流的分辨率的控制要求，因此本文直接利用控制芯片內部集成的ADC，就可滿足控制精度。另外，該10位ADC是高速ADC, 最小轉換時間可達到500 ns，也滿足控制對采樣周期要求。

為了提高ADC數字采樣的精度，減少軟件濾波的工作量，設計了低通濾波器對電壓和電流的信號進行處理，以消除高頻信號的干擾和更好的消除線路以及空間的干擾。

2.4保護功能

電源運行過程中，可能會發生一些異常狀態，如全橋電路出現直通使得原邊母線短路;副邊負載短路或者過流、散熱器過熱等等，需要在控制中加以保護。

在本文設計中，利用了DSP 功率保護引腳PDPINT的功能對異常狀態進行檢測并能夠做到及時恰當處理，做到系統的安全可靠運行。

保護電路采用窗口比較電路，分別檢測功率開關管的過流信號，輸出的短路信號和散熱器的過熱信號。設定保護的閥值，一旦出現任何異常，就可以立刻將保護信號 送入DSP 功率保護引腳PDPINT或者外部中斷信號IOPE-2，通知控制系統并采取相應的措施：對于原邊的短路以及副邊的短路采用不可恢復的保護方式，立刻關閉 PWM驅動信號，切斷電源的輸入，以防止其它更嚴重的危險發生;對于散熱器過熱等可恢復的保護信號，則暫時關閉PWM輸出，等狀態恢復后再重新恢復工作。