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、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，该设计方案可行，各项指标均满足要求。

参考文献

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