随着用电设备功率的增加，对电能变换器的要求也越来越高。从传统的单管变换电路到全桥变换电路的转变，由于全桥变换需要四个开关管，因此需要四个配套的驱动与保护电路，使得电路的复杂程度大大增加，控制与设计难度极大。近年来，双管并联升压斩波电路得到了广泛的应用。由于双管并联升压斩波电路相对简单，并且容易控制。本文提出了一种基于DSP控制的双管并联升压斩波电路，并对硬件电路结构、控制方式和软件的实现进行了分析。其结构如图1所示。在输出端有电压、电流检测电路，通过反馈电路将输出电压信号与给定电压进行比较，并通过控制回路实现电压的自动控制。
1主电路设计
图2所示电路为双管并联升压斩波电路主电路图，其中两路电路完全对称。电感起到储存电流能量和升压作用，Q1和Q2为功率场效应管（MOSFET）管，通过数字信号处理器（DSP）产生的控制信号实现导通与关断，从而让电感充放电，达到升压目的。二极管起到让负载的电流单向传输的作用，电容为滤波电容。由于电路完全对称，故以其中一路分析其升压电路原理。当Q1导通时，电源给电感充电，电感两端电压升高；当Q1断开时，电源电压与电感电压叠加，共同作用在负载上，同时给电容充电。由于二极管的单向导通性，当电池与电感的叠加电压小于电容电压时，电流并不能从电容流到电池，而是继续为负载提供电流。另外一路的分析类似，不同之处在于驱动信号必须实现互补，当Q2工作时，必须封闭Q1输出信号。电源电压在工作的过程中会发生变化，因此在主电路的输出加上电压检测单元采集电压信号，当输出电压波动时，改变相应控制信号的占空比以保持输出电压恒定。同理，电流检测以及控制回路可以实现更快的输出电流跟踪控制。
2控制电路设计
控制电路以DSP作为核心器件。DSP具有运算速度快，精度高，外围电路连接比较丰富等优点，广泛应用各种电气控制电路中。本文采用电流、电压双闭环控制电路，因此，需要采集负载的电流、电压作为控制量。信号经过DSP的AD模块采样、数字滤波和校正后，作为控制电路反馈量与参考电压信号进行比较，利用闭环比例积分控制器，对两路PWM波形的脉宽进行调整输出，从而改变占空比。DSP输出的PWM控制信号通常比较微弱，不能直接驱动MOSFET，必须经过TLP250隔离放大后，才能控制MOSFET开通和关断。
3软件设计
硬件电路必须和相应软件程序联合才能获得良好的效果。程序控制流程图如图4所示，本文采用双闭环比例积分（PI）控制策略，目的是为了让负载在启动或加速的时候，能够获得最大的响应速度，在最短时间内达到设定的电压值。当程序启动时，首先读取控制模式以判断PI控制是否进入恒压/恒流环。以恒压环为例，当进入恒压环时，DSP读取采集电压信号，并与设定的电压信号进行比较，经过PI控制算法运算后得出相应所需的PWM信号，从而对输出电压进行控制，达到稳压目的。
4实验结果
触发MOSFET管的两路PWM波周期均为40KHz，最大的占空比为45%，最小占空比为10%。两路波形的相位相差180度，从而实现了双管并联升压斩波电路的独立控制。双管并联升压斩波电路的控制波形如图5所示。基于TMS320F2808搭建控制电路的硬件平台，两路PWM波形发生器分别对应开关管Q1、Q2，每一路PWM发生器有对应的时间基准相位寄存器，通过对该寄存器的配置，可实现0~180度的移相。当电路的负载为大功率水泥电阻负载时，输入输出电压电流的测试数据如表1所示，从表中数据可以看出，在输入电压变化的过程，输出电压相对稳定，并且整个变换器的效率都在85%以上。通过示波器记录的输出电压波形如图6所示，可以看到，无论输入电压发生变化还是负载发生变化，输出电压都能保持恒定，纹波极小。
5结论
本文设计的双管并联升压斩波电路具有功率大，效率高，稳定性好的优点，可通过软件程序结合DSP实现双管的移相控制，以降低变换器输出纹波。虽然输入电压和负载在发生变化，但是通过电路自动调节占空比，输出电压相当稳定。此外，开关管工作于开关状态，本身耗能非常小，充分满足能量转换的需求。样机试验结果验证了其可行性。通过对实际电路进行分析测试，电路长时间工作稳定，无过热现象，该电路具有一定的工程实践价值。
作者：罗如山 王涛 刘美 李光伟 单位：广东石油化工学院自动化系
