基于延时预估补偿控制算法的数字电源研究.doc

1、基于延时预估补偿控制算法的数字电源研究摘 要针对开关电源在数字控制方式下存在延时问题，提出了一种延时预估补偿控制算法，该控制算法可利用本次和上一次的采样值预测下一周期的控制量。并将此算法应用于移相全桥 DCDC 数字电源系统中，结果表明，电源运行稳定可靠，动态性能良好。 关键词移相全桥；数字控制；延时补偿 中图分类号：TM46 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）12-0119-02 1 引言 随着微控制器和数字信号处理器的快速发展，电力电子行业中，开关电源的控制方式开始由模拟控制向数字控制的方向转变。与模拟控制相比，数字控制具有温漂小、抗干扰能力强、一致性好、易于标准化、

2、控制方式灵活等优点。但同时数字控制也存在着一些问题，其中最主要一点就是采样和计算延时。在数字控制系统中，离散化的采样和计算过程会给系统带来延时影响，这种延时实际上相当于给系统增加了一个滞后环节，系统控制的稳定范围会受到影响。为提高数字控制系统的稳定性和可靠性，改善动态响应速度，对延时进行预估补偿就变得必不可少1-3。 本文提出了一种延时预估补偿控制算法，在时刻，通过预先估计时刻的输出而获得预测控制变量，使延迟的被调量超前反应到控制器，从而补偿系统的时延4-6。在 30A/48V 移相全桥 DCDC 数字电源样机中对此控制算法进行测试，验证了此算法的正确性。 2 延时预估补偿控制算法 在传统的离

3、散控制系统中，通过计算时的控制变量来控制时的输出量。而预估法在时通过预先估计时的输出而获得预测控制变量，使延迟的被调量超前反应到控制器，从而补偿系统的时延。 3 系统描述 移相全桥 DCDC 变换电路由 4 个功率开关 MOS 管组成，通过控制开关管的通断顺序和通断时间，实现零电压零电流开关；高频变压器起到隔离与降压的作用；整流滤波电路实现对变压器副边的高频电压进行整流和滤波。数字控制系统对输出电压和输出电流进行闭环控制，将检测到的输出电压和电流信号送入 AD，与设定值比较后，通过控制算法产生PWM 驱动信号，控制功率开关 MOS 管的通断，以得到相应的输出电压和电流值。 4 软件实现 系统的

4、软件架构采用主程序和中断执行代码方式工作，所有对时间要求严格的代码均在中断中执行，对时间没有严格要求的代码在主循环中执行。其中 AD 采样、保护、控制算法等控制环节需要在定时中断中完成。 根据控制策略，在周期内，采样输出电压，在周期内，采样输出电压，根据延时预估补偿公式（6） ，则得到补偿输出电压，经过 PI 控制，得到控制调节量，作为周期的调节控制量，周期内，采样输出电压，仍使用作为周期的调节控制量，周期内，采样输出电压，补偿输出电压，经过 PI 控制，得到控制调节量，作为周期的调节控制量。由上所述，输出电压每个控制周期采集一次，其中偶数周期内计算补偿输出电压，得到预估调节控制量，调节控制量

5、每两个控制周期更新一次。图 3 给出控制环节的定时器中断流程图。 5 实验结果 在 30A/48V 移相全桥 DCDC 数字电源样机中对此控制算法进行测试，测试项目包括稳压精度、纹波和动态特性。对于稳压精度和纹波的测试，主要观察负载变化对稳压效果和纹波的影响，如表 1 所示： 由实验数据可知，在不同负载情况下，该系统的稳压精度不超过0.1%，最大纹波不超过 200mV。 由实验数据可知，输出稳态电压时出现切换负载，在输出端的最高电压不大于 105%的设定值。 6 结论 本文针对数字控制中的延时问题，提出了一种延时预估补偿控制算法，并将此算法应用于移相全桥 DCDC 数字电源系统中。实验结果表明

6、，该设计方案可行，各项指标均满足要求。 参考文献 1 Maksimovic D， Zane R， Erickson R. Impact of digital control in power electronicsC. Proceedings of the 16th International Symposium on Power Semiconductor Devices and ICs， 2004： 13-22. 2 He Mingzhi， Xu Jianping. Improved digital predictive control of switching DC-DC convert

7、ersC.Proc. Of IEEE Applied Power Electronics and Exposition Piscataway， 2007： 1466-1471. 3 Natori K， Oboe R， Ohnishi K. Analysis and design of time delayed control systems with communication disturbance observerC. IEEE International Symposiumon Industrial Electronics， 2007： 3132-3137. 4 颜凌峰， 谢运祥， 甘久

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