基于延時預估補償控制算法的數(shù)字電源研究

1、<p>　　基于延時預估補償控制算法的數(shù)字電源研究</p><p>　　[摘 要]針對開關電源在數(shù)字控制方式下存在延時問題，提出了一種延時預估補償控制算法，該控制算法可利用本次和上一次的采樣值預測下一周期的控制量。并將此算法應用于移相全橋DCDC數(shù)字電源系統(tǒng)中，結果表明，電源運行穩(wěn)定可靠，動態(tài)性能良好。 </p><p>　　[關鍵詞]移相全橋；數(shù)字控制；延時補償 </p&

2、gt;<p>　　中圖分類號：TM46 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）12-0119-02 </p><p><b>　　1 引言 </b></p><p>　　隨著微控制器和數(shù)字信號處理器的快速發(fā)展，電力電子行業(yè)中，開關電源的控制方式開始由模擬控制向數(shù)字控制的方向轉變。與模擬控制相比，數(shù)字控制具有溫漂小、抗干擾能力強、一致性好

3、、易于標準化、控制方式靈活等優(yōu)點。但同時數(shù)字控制也存在著一些問題，其中最主要一點就是采樣和計算延時。在數(shù)字控制系統(tǒng)中，離散化的采樣和計算過程會給系統(tǒng)帶來延時影響，這種延時實際上相當于給系統(tǒng)增加了一個滯后環(huán)節(jié)，系統(tǒng)控制的穩(wěn)定范圍會受到影響。為提高數(shù)字控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，改善動態(tài)響應速度，對延時進行預估補償就變得必不可少[1-3]。 </p><p>　　本文提出了一種延時預估補償控制算法，在時刻，通過預先估計

4、時刻的輸出而獲得預測控制變量，使延遲的被調量超前反應到控制器，從而補償系統(tǒng)的時延[4-6]。在30A/48V移相全橋DCDC數(shù)字電源樣機中對此控制算法進行測試，驗證了此算法的正確性。 </p><p>　　2 延時預估補償控制算法 </p><p>　　在傳統(tǒng)的離散控制系統(tǒng)中，通過計算時的控制變量來控制時的輸出量。而預估法在時通過預先估計時的輸出而獲得預測控制變量，使延遲的被調量超前反應到

5、控制器，從而補償系統(tǒng)的時延。 </p><p><b>　　3 系統(tǒng)描述 </b></p><p>　　移相全橋DCDC變換電路由4個功率開關MOS管組成，通過控制開關管的通斷順序和通斷時間，實現(xiàn)零電壓零電流開關；高頻變壓器起到隔離與降壓的作用；整流濾波電路實現(xiàn)對變壓器副邊的高頻電壓進行整流和濾波。數(shù)字控制系統(tǒng)對輸出電壓和輸出電流進行閉環(huán)控制，將檢測到的輸出電壓和電流

6、信號送入AD，與設定值比較后，通過控制算法產(chǎn)生PWM驅動信號，控制功率開關MOS管的通斷，以得到相應的輸出電壓和電流值。 </p><p><b>　　4 軟件實現(xiàn) </b></p><p>　　系統(tǒng)的軟件架構采用主程序和中斷執(zhí)行代碼方式工作，所有對時間要求嚴格的代碼均在中斷中執(zhí)行，對時間沒有嚴格要求的代碼在主循環(huán)中執(zhí)行。其中AD采樣、保護、控制算法等控制環(huán)節(jié)需要在定

7、時中斷中完成。 </p><p>　　根據(jù)控制策略，在周期內，采樣輸出電壓，在周期內，采樣輸出電壓，根據(jù)延時預估補償公式（6），則得到補償輸出電壓，經(jīng)過PI控制，得到控制調節(jié)量，作為周期的調節(jié)控制量，周期內，采樣輸出電壓，仍使用作為周期的調節(jié)控制量，周期內，采樣輸出電壓，補償輸出電壓，經(jīng)過PI控制，得到控制調節(jié)量，作為周期的調節(jié)控制量。由上所述，輸出電壓每個控制周期采集一次，其中偶數(shù)周期內計算補償輸出電壓，得到預

8、估調節(jié)控制量，調節(jié)控制量每兩個控制周期更新一次。圖3給出控制環(huán)節(jié)的定時器中斷流程圖。 </p><p><b>　　5 實驗結果 </b></p><p>　　在30A/48V移相全橋DCDC數(shù)字電源樣機中對此控制算法進行測試，測試項目包括穩(wěn)壓精度、紋波和動態(tài)特性。對于穩(wěn)壓精度和紋波的測試，主要觀察負載變化對穩(wěn)壓效果和紋波的影響，如表1所示： </p>

9、<p>　　由實驗數(shù)據(jù)可知，在不同負載情況下，該系統(tǒng)的穩(wěn)壓精度不超過±0.1%，最大紋波不超過200mV。 </p><p>　　由實驗數(shù)據(jù)可知，輸出穩(wěn)態(tài)電壓時出現(xiàn)切換負載，在輸出端的最高電壓不大于105%的設定值。 </p><p><b>　　6 結論 </b></p><p>　　本文針對數(shù)字控制中的延時問題，提出了一

10、種延時預估補償控制算法，并將此算法應用于移相全橋DCDC數(shù)字電源系統(tǒng)中。實驗結果表明，該設計方案可行，各項指標均滿足要求。 </p><p><b>　　參考文獻 </b></p><p>　　[1] Maksimovic D， Zane R， Erickson R. Impact of digital control in power electronics[C].

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