基于延時(shí)預(yù)估補(bǔ)償控制算法的數(shù)字電源研究

1、<p>　　基于延時(shí)預(yù)估補(bǔ)償控制算法的數(shù)字電源研究</p><p>　　[摘 要]針對(duì)開關(guān)電源在數(shù)字控制方式下存在延時(shí)問(wèn)題，提出了一種延時(shí)預(yù)估補(bǔ)償控制算法，該控制算法可利用本次和上一次的采樣值預(yù)測(cè)下一周期的控制量。并將此算法應(yīng)用于移相全橋DCDC數(shù)字電源系統(tǒng)中，結(jié)果表明，電源運(yùn)行穩(wěn)定可靠，動(dòng)態(tài)性能良好。 </p><p>　　[關(guān)鍵詞]移相全橋；數(shù)字控制；延時(shí)補(bǔ)償 </p&

2、gt;<p>　　中圖分類號(hào)：TM46 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(hào)處理器的快速發(fā)展，電力電子行業(yè)中，開關(guān)電源的控制方式開始由模擬控制向數(shù)字控制的方向轉(zhuǎn)變。與模擬控制相比，數(shù)字控制具有溫漂小、抗干擾能力強(qiáng)、一致性好

3、、易于標(biāo)準(zhǔn)化、控制方式靈活等優(yōu)點(diǎn)。但同時(shí)數(shù)字控制也存在著一些問(wèn)題，其中最主要一點(diǎn)就是采樣和計(jì)算延時(shí)。在數(shù)字控制系統(tǒng)中，離散化的采樣和計(jì)算過(guò)程會(huì)給系統(tǒng)帶來(lái)延時(shí)影響，這種延時(shí)實(shí)際上相當(dāng)于給系統(tǒng)增加了一個(gè)滯后環(huán)節(jié)，系統(tǒng)控制的穩(wěn)定范圍會(huì)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(dòng)態(tài)響應(yīng)速度，對(duì)延時(shí)進(jìn)行預(yù)估補(bǔ)償就變得必不可少[1-3]。 </p><p>　　本文提出了一種延時(shí)預(yù)估補(bǔ)償控制算法，在時(shí)刻，通過(guò)預(yù)先估計(jì)

4、時(shí)刻的輸出而獲得預(yù)測(cè)控制變量，使延遲的被調(diào)量超前反應(yīng)到控制器，從而補(bǔ)償系統(tǒng)的時(shí)延[4-6]。在30A/48V移相全橋DCDC數(shù)字電源樣機(jī)中對(duì)此控制算法進(jìn)行測(cè)試，驗(yàn)證了此算法的正確性。 </p><p>　　2 延時(shí)預(yù)估補(bǔ)償控制算法 </p><p>　　在傳統(tǒng)的離散控制系統(tǒng)中，通過(guò)計(jì)算時(shí)的控制變量來(lái)控制時(shí)的輸出量。而預(yù)估法在時(shí)通過(guò)預(yù)先估計(jì)時(shí)的輸出而獲得預(yù)測(cè)控制變量，使延遲的被調(diào)量超前反應(yīng)到

5、控制器，從而補(bǔ)償系統(tǒng)的時(shí)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(gè)功率開關(guān)MOS管組成，通過(guò)控制開關(guān)管的通斷順序和通斷時(shí)間，實(shí)現(xiàn)零電壓零電流開關(guān)；高頻變壓器起到隔離與降壓的作用；整流濾波電路實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器副邊的高頻電壓進(jìn)行整流和濾波。數(shù)字控制系統(tǒng)對(duì)輸出電壓和輸出電流進(jìn)行閉環(huán)控制，將檢測(cè)到的輸出電壓和電流

6、信號(hào)送入AD，與設(shè)定值比較后，通過(guò)控制算法產(chǎn)生PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)，控制功率開關(guān)MOS管的通斷，以得到相應(yīng)的輸出電壓和電流值。 </p><p><b>　　4 軟件實(shí)現(xiàn) </b></p><p>　　系統(tǒng)的軟件架構(gòu)采用主程序和中斷執(zhí)行代碼方式工作，所有對(duì)時(shí)間要求嚴(yán)格的代碼均在中斷中執(zhí)行，對(duì)時(shí)間沒有嚴(yán)格要求的代碼在主循環(huán)中執(zhí)行。其中AD采樣、保護(hù)、控制算法等控制環(huán)節(jié)需要在定

7、時(shí)中斷中完成。 </p><p>　　根據(jù)控制策略，在周期內(nèi)，采樣輸出電壓，在周期內(nèi)，采樣輸出電壓，根據(jù)延時(shí)預(yù)估補(bǔ)償公式（6），則得到補(bǔ)償輸出電壓，經(jīng)過(guò)PI控制，得到控制調(diào)節(jié)量，作為周期的調(diào)節(jié)控制量，周期內(nèi)，采樣輸出電壓，仍使用作為周期的調(diào)節(jié)控制量，周期內(nèi)，采樣輸出電壓，補(bǔ)償輸出電壓，經(jīng)過(guò)PI控制，得到控制調(diào)節(jié)量，作為周期的調(diào)節(jié)控制量。由上所述，輸出電壓每個(gè)控制周期采集一次，其中偶數(shù)周期內(nèi)計(jì)算補(bǔ)償輸出電壓，得到預(yù)

8、估調(diào)節(jié)控制量，調(diào)節(jié)控制量每?jī)蓚€(gè)控制周期更新一次。圖3給出控制環(huán)節(jié)的定時(shí)器中斷流程圖。 </p><p><b>　　5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 </b></p><p>　　在30A/48V移相全橋DCDC數(shù)字電源樣機(jī)中對(duì)此控制算法進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試項(xiàng)目包括穩(wěn)壓精度、紋波和動(dòng)態(tài)特性。對(duì)于穩(wěn)壓精度和紋波的測(cè)試，主要觀察負(fù)載變化對(duì)穩(wěn)壓效果和紋波的影響，如表1所示： </p>

9、<p>　　由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，在不同負(fù)載情況下，該系統(tǒng)的穩(wěn)壓精度不超過(guò)±0.1%，最大紋波不超過(guò)200mV。 </p><p>　　由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，輸出穩(wěn)態(tài)電壓時(shí)出現(xiàn)切換負(fù)載，在輸出端的最高電壓不大于105%的設(shè)定值。 </p><p><b>　　6 結(jié)論 </b></p><p>　　本文針對(duì)數(shù)字控制中的延時(shí)問(wèn)題，提出了一

10、種延時(shí)預(yù)估補(bǔ)償控制算法，并將此算法應(yīng)用于移相全橋DCDC數(shù)字電源系統(tǒng)中。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該設(shè)計(jì)方案可行，各項(xiàng)指標(biāo)均滿足要求。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　[1] Maksimovic D， Zane R， Erickson R. Impact of digital control in power electronics[C].

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