通信电源的数字控制研究

论文摘要

随着信息社会的发展,用电设备对高质量电源的需求日益增多,数字控制以其诸多的优点正逐步成为电源领域的研究新热点之一。本文针对数字控制的特点和优势,对应用于电力电子技术的数字控制技术进行了深入研究。论文首先介绍了数字控制的特点、优势和目前的市场现状,指出了数字控制在应用中面临的挑战,对电源的数字控制技术进行了深入研究,包括采样保持与延时的影响、数字控制策略、如何提高通信电源精度等现存于数字控制系统中的一些主要问题。本文研究的内容是通信电源的数字控制,在建立DC/DC变换器的数学模型的基础上,提出了设计数字控制器的三种方法:频率响应法、数字PID控制算法和模糊自适应PID控制算法。频率响应法考虑了零阶保持、采样和计算延时对系统的影响,设计的数字控制器很准确,但负载在大范围内变化时,动态性能欠佳。数字PID算法相对简单,在变换器的数字控制中仍然发挥重要的作用。模糊自适应PID控制算法很灵活,能根据输出电压的变化自动调整PID参数,大大提高了变换器的动态性能。在电源轻载或者空载时,采用降低开关频率的办法,防止系统振荡,减小输出电压纹波。为了实现这种控制策略,设计了一台140W的通信电源。以TI公司的TMS320F2801为核心控制芯片,以半桥变换器为试验平台,实现了通信电源的数字控制与数字管理。实验结果表明这种控制策略具有很好的动态性能,算法实现比较简单,可靠性高,是一种比较实用的控制算法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 通信电源的发展趋势
• 1.3 数字控制概述
• 1.3.1 数字控制器的原理
• 1.3.2 数字控制的优势
• 1.3.3 数字控制面临的挑战
• 1.4 课题研究背景与目的
• 1.5 论文的主要工作
• 第2章 通信电源的数字控制方法研究
• 2.1 采样频率的选择
• 2.2 DPWM波形的产生
• 2.3 数字补偿器的设计方法
• 2.3.1 频率响应法
• 2.3.2 数字PID控制
• 2.3.3 模糊自适应 PID控制
• 2.4 提高电源精度的解决办法
• 2.4.1 时钟频率与DPWM的分辨率
• 2.4.2 减小量化误差
• 2.4.3 数字滤波
• 2.4.4 变频率控制
• 2.5 本章小节
• 第3章 通信电源硬件设计
• 3.1 通信电源整体框图
• 3.2 主电路原理分析
• 3.2.1 功率因数校正电路
• 3.2.2 半桥变换器
• 3.3 主电路设计
• 3.3.1 设计指标
• 3.3.2 功率因数校正电路设计
• 3.3.3 半桥变换器设计
• 3.3.4 输出电压采样电路
• 3.3.5 输出电流采样电路
• 3.3.6 驱动电路
• 3.4 控制电路设计
• 3.4.1 芯片供电电路
• 3.4.2 时钟电路
• 3.4.3 复位电路
• 3.4.4 ADC电路
• 3.4.5 JTAG电路
• 3.4.6 串行通信接口电路
• 3.5 本章小节
• 第4章 通信电源软件设计
• 4.1 软件整体设计
• 4.2 主程序
• 4.2.1 软启动
• 4.2.2 保护程序
• 4.2.3 串口通信程序
• 4.3 中断服务程序
• 4.4 本章小结
• 第5章 实验结果与分析
• 5.1 开关机波形
• 5.2 稳态响应
• 5.3 动态响应
• 5.4 本章小节
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 附录