基于DSP的V~2控制Buck变换器的研究

论文摘要

电源在各种电子系统中占有极其重要的位置。随着电力系统的日趋复杂，规模的逐渐庞大，各种系统对电源的性能要求越来越高。在对电源要求最高的微处理器系统中，电压容差由五年前的±250mV缩小到近年的±25mV。预计未来电源供电解决方案的电流水平将从目前的60A增至130A，同时电压将下降到1.1V。这将带来更大的挑战，更苛刻的要求即如何在满足800A/us的条件下，实现±25mV的稳压。因此需要采用更快速更稳定的电源控制方法。本论文以DC/DC Buck变换器为例，在分析总结了各种不同的控制方法的基础上，进一步深入地分析了2 V控制方法，并将此种方法与目前常用的电压型控制、电流型控制进行比较，同时在对三种控制方法下的小信号模型进行总结的基础上，归纳出三者统一的通用小信号模型。通过对三种控制方式下的输出阻抗、输出电压与输入电压之间的传递函数和输出电压V_o与比较器输出电压V_e之间的传递函数进行了频域仿真，得出V~2控制方法下，Buck变换器的输出阻抗最低，对输入电压和负载的变化具有最快的响应速度，且输出电压纹波最小的结论。并在PSPICE环境下对三种控制方法进行时域仿真，验证了小信号模型分析的正确性。数字化开关电源具有易于模块化管理、体积小、稳定性高、抗干扰能力强、控制灵活的特点。本文首次将DSP应用于DC/DC变换器的2 V控制中，以TI C2000系列芯片的结构和工作原理为基础，将TMS320LF2407的事件管理器、ADC等模块运用到数字电源中,结合V~2控制的Buck变换器原理,通过DSP的实时计算,产生了PWM信号以控制功率开关管的通断。采用结构化、模块化的设计思想,实现了基于DSP的V 2控制Buck变换器系统的软件设计。根据设计要求,编制了初始化子程序、A/D采样、PWM信号产生以及PI控制等程序模块,给出了各部分的程序流程。同时完成了DSP的V 2控制Buck变换器系统的硬件设计。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 DC/DC变换器的研究现状
• 1.1 引言
• 1.2 DC/DC 变换器控制方法的研究现状
• 1.2.1 Buck 变换器的连续导电模式与不连续导电模式
• 1.2.2 电压型控制
• 1.2.3 电流型控制
• 1.2.4 模糊控制
• 1.2.5 滑模变结构控制
• 1.2.6 恒流源控制方法
• 2 控制'>1.2.7 V²控制
• 1.3 数字电源
• 1.3.1 数字电源系统的主要特点
• 1.3.2 数字电源系统的发展现状
• 1.3.3 数字电源设计面临的挑战
• 1.3.4 使用DSP的数字电源
• 1.3.5 电源设计中DSP 与MCU的比较
• 1.4 小结
• 2 控制在Buck变换器中的应用'>第二章 V²控制在Buck变换器中的应用
• 2.1 DC/DC 变换器控制的小信号模型
• 2 控制时的小信号模型'>2.1.1 V²控制时的小信号模型
• 2 控制的通用小信号模型'>2.1.2 电压型控制、电流型控制以及V²控制的通用小信号模型
• 2.1.3 三种控制方法的频域仿真
• 2 控制DC/DC变换器的时域仿真'>2.2 V²控制DC/DC变换器的时域仿真
• 2.3 小结
• 第三章 DSP芯片的结构及特点
• 3.1 DSP 概述
• 3.2 DSP 芯片的特点
• 3.3 DSP 内部结构及组成
• 3.4 小结
• 2 控制系统的硬件及软件设计'>第四章 基于DSP的V²控制系统的硬件及软件设计
• 4.1 DC/DC变换器的DSP控制系统的设计
• 4.2 DSP 控制系统硬件电路设计
• 4.2.1 系统电源设计
• 4.2.2 时钟电路设计
• 4.2.3 复位电路设计
• 4.2.4 A/D采样通道设计
• 4.3 DSP 控制系统的软件设计
• 4.3.1 软件开发环境
• 4.3.2 软件开发流程
• 4.3.3 程序设计要求
• 2 控制程序结构'>4.4 基于DSP 的V²控制程序结构
• 4.4.1 主程序设计
• 4.4.2 A/D转换子程序设计
• 4.4.3 PWM信号产生子程序设计
• 4.4.4 PI控制程序的设计
• 4.5 小结
• 第五章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附 录 一 : 三 种 控 制 方 式 下 小 信 号 模 型 的 MATLAB仿真程序
• 附 录 二:DC/DC Buck变换器的电压型控制的PSPICE仿真框图
• 附 录 三 :DC/DC Buck变换器电流型控制仿真框图
• 2控制仿真框图'>附 录 四 :DC/DC Buck变换器V²控制仿真框图
• 附录五:DSP的开发环境和CCS的使用