新型直线电机运输系统的开关电源设计
来源： 作者： 发布时间：2015-05-14 07:52:03 浏览量：其中，Uo为输出电压，取600V；L为电感L1的值，取5mH；△U，为输出纹波电压，这里取1％，即600x0．001=大电流电感0．6 V。代入公式(5)得电容C1值为：
又如前所述，系统输入侧存在短时掉电-再上电现象，为了限制冲击电流大小，必须使电容在掉电期间的压降尽可能小，故设定经10 ms掉电后，电容电压下降至580V。
上式中，Uc为电容电压，取580 V；U为电容初始电压，取600 V；τ=RC，R=180 Ω；t为掉电时间，取10 ms。代入公式(7)，得，C=1 639 μF，取C=1 700μF。
对于本系统中使用的开关器件，考虑到电压等级和工作频率的关系，最终选择IGBT作为开关器件。对于前级BUCK电路的IGB绕行电感器T，其额定电压计算公式如下：
Un=Uin&time一体成型电感s;K1×K2 (8)
其中，Uin是输入额定电压，取1 500 V；K1是网压波动系数，此处取1．3；铁氧体电感K2是必要的电压安全系数，一般取1．3～1．5，这里取1．5。计算得：
Un=1 500×1．3×1．5=2 925 V (9)
开关电源满载时，BUCK电路一个开关周期中电感电流，即Q1电流达到最大值为：
代入前文求出的L、D、Ts的值，得：Imax=4.8 A。因为要留有一定裕量应对冲击电流，因此BUCK电路Q1需要选择3 300 V、20A等级的IGBT。
DC／DC变换电路IGBT额定电压、额定电流的计算相对较简单，故在此不做赘述，只给出结论：Q2需要选择1 200 V模压电感器、15 A等级的IGBT。
2．2 控制系统设计
内蒙新型直线电机运输系统采用数字控制系统，以TI公司的TMS320F28335型DSP芯片和ALTERA公司的Cyclone型FPGA芯片共同构成控制系统的核心。该控制系统主要包括6大模块：主控模块、A／D采样与调理模块、DI与DO模块、LED显示模块、IGBT脉冲驱动模块以及通信模块。系统整体结构如图3所示。
主控模块包括DSP和FPGA两部分，负责A／D转换、DI／DO控制、PI控制、逻辑判断、软件保护、硬件保护、与上位机通信、发生IGBT控制脉冲、控制LED显示特定信息等，是控制系统的核心：A／D采样与调理模块负责将主电路中传感器输出的小电流信号转换成小电压信号，再经过滤波、限幅电路，接入DSP的A／D转换接口，为控制系统提供系统当前工作状态；DI与DO模块可以实现I／O信号的输出与检测，主要用于继电器控制和开关状态反馈；LED显示模块由7段显示数码管组成，可根据主控模块指令显示电源当前工作状态和故障信息；IGBT脉冲驱动模块将IGBT控制脉冲进行推挽放大，增大其驱动功率，控制IGBT通断。同时模块内设有保护功能，对IGBT进行过流、过温保护；通信模块负责与DSP共同完成同上位机之间的485／CAN通信。6大模块分工协作，共同保证了控制系统的高效、稳定运作。
2．3 控制策略
文中所设计开关电源采用两级电压闭环控制模式。由主电路中的电压传感器检测电压反馈值，经过A／D调理，送入DSP芯片进行A／D转换，利用其强大的计算能力实现数字化PI调节，完成电压闭环。DSP实时生成下一刻开关管的占空比指令，FPGA负责发生IGBT控制脉冲。前级电压闭环将DC1 500 V降至DC600 V，后级电压闭环将DC600 V变至DC24 V，两级闭环结构相同，互不影响。公式(11)～(16)所示为DSP芯片中PI调节模块计算过程。
图4所示为PI调节模块的结构图。
除了以上阐述的传统PI控制，本系统还应用了前馈补偿的思想，不再只以PI决定控制脉冲占空比，加入了前馈补偿计算结果，使得控制系统的反应速度更快。PI调节模块作为“微调”，使得输出电压纹波系数更小，稳定性更佳，有效抑制了系统因冲击、震荡所引起的输出剧烈波动。具体应用方法如公式(17)所示。
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