基于高性能AD变换器和DSP的电源设计

　　1 概述

　　在传统的逆变电源采用模拟控制无法克服其固有缺点的情况下，人们越来越多地求助于数字化方案来减小控制电路的复杂程度、提高电源设计和制造的灵活性，同时采用更先进的控制方法来提高逆变电源系统的输出波形质量和可靠性。因此，由模拟控制向数字控制的转变是逆变电源发展的必然趋势。

　　随着工业用高速数字信号处理器(DSP)的发展和应用，逆变电源控制由模拟控制向数字化控制的转变成为了可能。由于具有超强的数据处理能力和很快的处理速度，配合高性能的AD变换器，DSP能够瞬时地读取逆变电源的输出，并实时地计算出输出PWM值。正是DSP的采用，使得在模拟控制中存在的许多问题得到了很好的解决，并且一些先进的控制策略也逐渐应用于逆变电源的控制之中。这样对于逆变电源负载的不确定性，数字化系统可以对负载动态变化产生的谐波进行动态的补偿，而不需人为地干预，从而使逆变电源的输出波形质量达到可接受的水平。

　　本文从SPWM逆变电源的结构出发，利用古老。的PID控制，提出了一种基于电压瞬时值的数字方案通过了仿真。

　　2 逆变电源物理模型

　　在逆变系统中，多采用全桥或半桥结构。图1为一个带有LC滤波器的单相全桥逆变器的主电路结构图。

　　以Vc和iL为状态变量的状态方程为：

　　那么Vi对输出电压V0的传递函数为：

　　由此可以得到逆变器的原理框图，如图2所示。

　　3 数字控制方案

　　本系统采用双环控制的PID调节。PID控制以其简单、参数易于整定、发展成熟之特点，广泛应用于工程实践之中，逆变电源的控制也不例外。双环控制既保证了系统的稳态特性，又可以提高系统的动态性能。

　　3.1 数字PID算法

　　PID控制是应用最广泛的一种控制规律，PID表示比例(proportional)一积分(intergral)一微分(differentia)。设PID调节器如图3所示。

　　调节器的输出与输人之间为比例积分一微分的关系，即：

　　若以传递函数的形式表示：

　　其中：Ti为积分时间常数;Td为微分时间常数;Kp为比例系数;Kd=Kp/Ti为积分系数;Kd=KpTd为微分系数。

　　在计算机控制系统中使用的是数值PID调节器，就是对式(1)的离散化，离散化时，令：

　　其中：丁是采样周期。

　　显然，上述离散化过程中，采样周期T必须足够短，才能保证有足够的精度。由式(4)和式(7)可得到：

　　式(8)即数字PID调节器的输出输入关系式。