张旭涛

(1.上海宝康电子控制工程有限公司，中国 上海201901；2.同济大学电子与信息工程学院，中国 上海200092)

0 引言

作为现代电源的新领域，数字电源的发展潜力巨大，其优势越来越明显。近年来，Microchip公司瞄准数字电源的市场前景，先后推出多款电源专用的低价位DSC数字信号控制器。该系列控制器集成了高性能的DSP运算内核和单片机控制架构，具备完整的数字控制和系统管理功能，适用于设计高性价比的数字电源。本文选用Microchip公司DSC芯片，设计基于DSC技术的数字电源——DC/DC变换器。

1 系统硬件

系统硬件技术指标为：（1）输入电压：100~300VDC，输出电压0~48VDC可设定，最大输出功率450W；（2）输出纹波系数Vp-p低于120mV，电压精度小于0.5%，正常工作效率高于90%；（3）通过按键设定输出值；（4）具有过压、过流保护功能。

系统硬件结构如图1所示。主回路选用半桥式拓扑，具有抗不平衡的突出能力且无偏磁转换。输出回路采用同步整流技术，可以大大降低输出端整流损耗。控制回路运用DSC技术，实现对系统的全数字化控制，即：通过A/D转换，将电压、电流采样值转换为数字量，利用相应的控制算法实现基准值与采样值之间的误差调节，最后实时输出PWM信号，从而实现功率变换，产生输出电压。

从性能和价格考虑，DSC芯片选用Microchip公司电源专用控制器dsPIC33FJ16GS502。该控制器采用改进型的哈佛结构,包含强大的DSP引擎和拥有增强功能的指令集，处理速度最高可达40MIPS，具有快速而完善的中断响应功能，并集成有高速模拟比较器、10位A/D转换和脉宽调制器，无需CPU干预便可处理峰值负载。

图1 系统硬件结构图

2 系统软件

全数字化控制由系统软件在DSC芯片内部完成。系统软件在每个开关周期内进入一次中断,通过调用控制算法对采样数据进行运算处理，产生新的PWM占空比值，送入相应的寄存器，从而输出PWM波形。

系统软件流程如图2所示。在处理各模块事件时，要根据系统特性来确定处理的优先顺序。各模块程序的编写必须满足信号采集和数据运算对精度和速度的要求。

图2 系统软件流程图

3 控制算法

对于DC/DC变换器这样一个非线性、时滞性系统，本文采用的是一种将模糊控制与PID控制相结合的控制算法，即模糊PID控制算法。如图3所示，模糊PID控制算法以电流型控制为基础，是典型的双环控制。外环为电压环，采用模糊控制器与积分环节共同作用，可以加快动态响应过程且消除稳态误差。内环为电流环，采用PI控制，将前级输出量与电流采样量比较调节，输出最后控制量d(k+1)，经DPWM单元输出PWM信号。

图3 控制算法结构图

在控制算法中，模糊控制的控制规则是：（1）如果输出电压误差很大，误差变化率使得输出电压偏离期望值，则模糊控制器的输出应该较大。（2）如果输出电压误差很小，误差变化率很大，则模糊控制器应该朝着减小超调的方向变化。（3）如果输出电压误差变化使得误差越来越小，而误差本身较大，则模糊控制器输出不需要很大。

4 结语

本设计充分发挥DSC技术优势，合理引入现代控制理论，使得硬件电路大大简化，系统性能显著提升。该方案简单实用、性价比高、容易推广。

［1］徐小涛，吴延林.数字电源技术及其应用[M].北京：人民邮电出版社，2011,3.

［2］刘凤君.开关电源设计与应用[M].北京：电子工业出版社，2014,6.

［3］石朝林.dsPIC数字信号控制器入门与实战[M],北京：北京航空航天大学，2009,8.

［4］陈红，王聪，王俊.开关电源设计与应用[M].北京：电子工业出版社，2014,6.