基于DSP的开关电源数字控制技术研究与实现

发布时间：2017-07-01 12:00

  本文关键词：基于DSP的开关电源数字控制技术研究与实现，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：目前,主流的开关电源通过模拟IC电路实现对电能的控制,并且存在对电网侧造成谐波污染和功率因数低等问题。近年来,随着数字信号处理技术的完善和成熟,以及微处理器的性价比不断提高,使得数字式开关电源成为电源领域的研究热点。数字控制相比模拟控制具有更先进灵活的控制方案,更易实现电源的程控和远程控制等智能化管理。研究数字开关电源,实现功率因数校正和电源智能控制,具有重要的现实意义。本文首先介绍了DC/DC变换器和功率因数校正技术,分析了数字化开关电源的可行性,对DC/DC工作原理、常用拓扑、控制模式以及APFC工作原理、电路拓扑、控制策略进行了深入地研究与分析；搭建了基于电流控制模式的Buck DC/DC变换器仿真模型和基于平均电流模式的Boost APFC仿真模型,对两种控制方案进行了仿真验证,证明本文的控制方案适用于带功率因数校正的开关电源。结合上述仿真模型并根据其性能指标,本文提出了以]MS320F28335为控制平台、主功率电路为前级Boost型APFC电路搭配后级Buck型DC/DC变换电路的数字化开关电源方案,并完成了硬件和软件设计。硬件部分讨论了主功率电路的器件参数设计与选型,以及控制电路中围绕TMS320F28335最小系统板搭建的各控制回路模块的设计；软件部分在主程序和中断服务子程序的基础上,分别设计了软启动、采样算法、电压前馈、数字PI调节及占空比生成策略等子模块。搭建了实验样机并完成了系统调试,完成了功率因数校正和电压调节实验,结果表明数字控制方案能较好地满足开关电源应用要求。
【关键词】：DC/DC变换 功率因数校正 数字控制 平均电流控制
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN86
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 引言9-16
• 1.1 课题研究背景9-11
• 1.2 直流开关电源技术11-14
• 1.2.1 DC-DC变换器11
• 1.2.2 功率因数校正(PFC)技术11-13
• 1.2.3 数字化开关电源技术13-14
• 1.2.4 研究现状与问题14
• 1.3 课题研究内容与章节安排14-16
• 1.3.1 研究内容14-15
• 1.3.2 章节安排15-16
• 第二章 开关电源及其控制方案16-36
• 2.1 DC-DC变换器16-25
• 2.1.1 工作原理16
• 2.1.2 常见电路拓扑16-22
• 2.1.3 PWM型DC/DC变换器的控制模式22-23
• 2.1.4 DC-DC变换器仿真电路的实现与分析23-25
• 2.2 功率因数校正技术25-31
• 2.2.1 功率因数的基本原理25-26
• 2.2.2 有源功率因数校正电路的拓扑结构26
• 2.2.3 有源功率因数校正电路的控制方法26-29
• 2.2.4 有源功率因数校正电路的仿真实现与分析29-31
• 2.3 开关电源电路的数字化控制方案31-32
• 2.4 数字开关电源存在的问题32-35
• 2.4.1 PWM的频率与分辨率32-33
• 2.4.2 量化误差33-34
• 2.4.3 内在时间延迟34-35
• 2.4.4 A/D采样的干扰35
• 2.4.5 控制算法的选择35
• 2.5 本章小结35-36
• 第三章 硬件电路设计36-47
• 3.1 系统性能指标与系统方案36
• 3.2 APFC电路设计36-39
• 3.2.1 升压电感36-37
• 3.2.2 输出稳压电容37-38
• 3.2.3 功率开关管和二极管38
• 3.2.4 桥式整流器38-39
• 3.3 DC-DC电路设计39
• 3.3.1 降压电感39
• 3.3.2 滤波电容39
• 3.3.3 功率开关管和续流二极管39
• 3.4 数字控制电路设计39-45
• 3.4.1 TMS320F28335最小系统板介绍40-42
• 3.4.2 控制板供电电路42-43
• 3.4.3 信号输入电路43-44
• 3.4.4 驱动电路44
• 3.4.5 硬件抗干扰措施44-45
• 3.4.6 PCB设计45
• 3.5 本章小结45-47
• 第四章 软件设计47-56
• 4.1 概述47-48
• 4.1.1 软件工作流程47
• 4.1.2 软件编程环境47-48
• 4.2 主程序的设计48-49
• 4.3 中断服务子程序的设计49-55
• 4.3.1 A/D采样算法的设计50-51
• 4.3.2 电压前馈环节的设计51-53
• 4.3.3 数字PI控制算法的设计53-55
• 4.3.4 PWM占空比生成方法的设计55
• 4.4 本章小结55-56
• 第五章 实验结果与分析56-61
• 5.1 系统实验56-57
• 5.1.1 实验平台56
• 5.1.2 问题及解决办法56-57
• 5.2 实验结果57-60
• 5.3 本章小结60-61
• 第六章 总结与展望61-63
• 6.1 总结61
• 6.2 展望61-63
• 致谢63-64
• 参考文献64-66
• 作者在校期间发表的论文清单66

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