PDF《使用 C2000 微控制器的移相全桥 （PSFB） 控制》

2013 SPRABR1 ― http://www-s.ti.com/sc/techlit/SPRABR1 版权 ? 2013, Texas Instruments Incorporated www.ti.com.cn 简介

1 简 简介 介 移相全桥 (PSFB) DC-DC 转换器经常被用于降低高 DC 总线电压或者为服务器电源、电信用整流器、电池 充电系统和可再生能源系统等大功率应用提供中间隔离. 传统上来讲,微控制器已经被限制为仅仅在这些系 统中执行监控或通信任务. 随着高性能微控制器器件的出现,除了处理传统微控制器功能外,现在可将微控 制器用于这些系统中的封闭控制环路中. 到数字电源控制的转换意味着之前在硬件中执行的功能,现在在软 件中实现. 除了灵活性,这也大大简化了系统. 这些系统能够执行高级控制策略,来在不同条件下对功率 级进行最优控制,并且提供系统级智能. 一个 PSFB 控制器包含四个电源电子开关(例如金属氧化物半导体场效应晶体管 (MOSFET) 或绝缘栅双极 型晶体管 (IGBT)),这些开关在隔离变压器上形成一个全桥,而二极管整流器或 MOSFET 开关用于次级侧 上的同步整流 (SR). 这个拓扑结构可使得所有开关器件随着 ZVS 进行切换,从而实现具有更低开关损耗的 高效转换器. 在这个操作中,通过根据负载情况来改变针对初级侧开关的死区时间,可在整个负载范围内在 全桥的一个桥臂上实现用于开关的 ZVS,而在全桥的另一个桥臂上针对开关实现零电压或低电压或者谷值切 换. 对于这样一个隔离式拓扑结构,需要在次级测上进行信号整流. 对于具有低输出电压或高输出电流额定值的 系统,执行同步整流而不执行二极管整流,可通过避免二极管整流损耗来实现最佳性能. 在这个操作中,在 次级测上用不同的切换机制来执行电流双同步整流,以便在变化的负载条件下实现最佳性能. 可在诸如 VMC,平均电流模式控制 (ACMC) 或PCMC 的多种模式中控制一个 DC-DC 转换器系统. 执行这 些不同的控制模式来控制同一功率级通常需要重新设计控制电路,以及对功率级感测电路进行改动. 在使用 一个基于微控制器的系统时,所有这些模式可在只需最小改动或无需改动的情况下使用同一设计进行试验. 这样一个系统在这里使用 VMC 和PCMC 控制机制执行. 由于其固有的电压前馈、自动逐周期电流限值、磁通均衡和其它优势,PCMC 是电源转换器优先考虑的控制 机制. 在PSFB 系统内执行 PCMC 需要具有精密时序控制的负载脉宽调制 (PWM) 波形生成. 一个生成这 个波形的新方法已经出现,这个方法使用德州仪器 (TI) Piccolo? 系列 TMS320F2802x 和TMS320F2803x 微控制器,而无需任何额外支持电路. 独特的可编程片载斜率补偿硬件被用来提供适当的斜率补偿,这个斜 率补偿可确保开环稳定性并消除和限制输出上的次谐波振荡. 对于使用一个微控制器执行的 PCMC,经稳 压的输出电压取决于输出电压纹波的数量,而输出电压纹波数量由负载而定. 详细解释了这个关系并提出了 不同的解决方案. 借助于这里使用的 600W PSFB,可实现大于 95% 的峰值效率以及负载低至 10% 时的大于 90% 的效率. 1.1 基 基本 本操 操作 作图1显示了一个经简化的移相全桥电路. MOSFET 开关 QA,QB,QC和QD组成了变压器 T1 初级侧上的全 桥. QA和QB在50% 占空比时切换,此时它们之间的相移为 180°. 相似地,QC和QD在50% 占空比时切 换,此时它们之间的相移为 180°. 针对全桥桥臂 QC-QD的PWM 开关信号相对于那些针对桥臂 QA-QB的开 关信号进行移相. 这个相移的数量决定了对角开关间的重叠量,这反过来决定了传输的能量数量. D1,D2 提供次级测上的二极管双整流,此时 Lo和Co形成了输出滤波器. 电感器 LR帮助提供与 MOSFET 电容进行 谐振操作的变压器泄露电感,并且使 ZVS 变得更加容易. 请注意,在变压器 T1 的两侧上有两个不同的接 地G1和G2.