Buck三電平直流變化器的閉環(huán)控制策略研究

發(fā)布時間：2020-03-17 23:25

【摘要】：在高壓環(huán)境中,傳統(tǒng)的兩電平開關(guān)變換器開關(guān)管承受的電壓應(yīng)力較大,容易損壞,為了適應(yīng)高壓環(huán)境多電平變換器得到了發(fā)展。降壓型三電平直流變換器是適合于中高壓環(huán)境的變換器,它是在多電平變換器基礎(chǔ)上衍生而來。由于其飛跨電容的作用,使得開關(guān)管承受的電壓應(yīng)力降低,但在變換器穩(wěn)定工作時飛跨電容上的電壓需要保持穩(wěn)定,針對飛跨電容電壓的穩(wěn)定問題本文介紹了電壓解耦和谷值電流兩種控制策略。由于Buck三電平直流變換器電路結(jié)構(gòu)的特點,它的電感電流變化率要比傳統(tǒng)兩電平結(jié)構(gòu)要小,影響動態(tài)特性的表現(xiàn),另外谷值電流控制時,當(dāng)期望輸出電壓小到一定程度后,電感電流會出現(xiàn)諧波振蕩,影響變換器的穩(wěn)定性。因此本文針對Buck三電平直流變換器負載變化時的動態(tài)響應(yīng)和在谷值電流控制時消除電感電流諧波振蕩方面進行了研究。(1)首先考慮到滑模控制的優(yōu)點,利用改進的滑模面設(shè)計Buck三電平直流變換器的雙閉環(huán)控制器,仿真驗證控制器有效性和優(yōu)勢。由于選取滑模參數(shù)時需要進行一定的折衷考慮,無法確認變載時動態(tài)響應(yīng)的最好狀態(tài),因此為了使Buck三電平直流變換器變載時有更好的動態(tài)響應(yīng),先改變變換器的電路結(jié)構(gòu),提升變載時的電感電流變化率,利用電容暫態(tài)時的充放電平衡設(shè)計暫態(tài)控制器。由于穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)時的電感電流變化率不同,在暫態(tài)時的雙積分器設(shè)計不能利用電感電流波形的對稱性,因此借助輸出電容電流求解相應(yīng)暫態(tài)時間占比的方法得到暫態(tài)控制器。通過仿真驗證了控制器的合理性。(2)分析谷值電流控制的Buck三電平直流變換器電感電流產(chǎn)生諧波振蕩原理和條件,針對傳統(tǒng)的斜坡補償會對電感電流的穩(wěn)定工作范圍產(chǎn)生影響問題設(shè)計一種零動態(tài)的斜坡補償控制器,仿真分析通過選擇合適的零動態(tài)斜坡補償控制器的參數(shù)能夠使電感電流由諧波振蕩狀態(tài)轉(zhuǎn)變到穩(wěn)定狀態(tài),并根據(jù)雅可比矩陣特征值法給出參數(shù)的合理取值范圍。最后通過仿真驗證控制方法的合理性。(3)通過對諧波補償策略的分析可以知道,諧波補償量隨變換器參數(shù)變化而有一定的變動,在變換器參數(shù)變化時固定的斜坡補償量就有可能滿足不了補償需求,為了使變換器參數(shù)變化時能夠有合適的補償斜坡量,在考慮開關(guān)寄生電阻下,設(shè)計一種自適應(yīng)斜坡補償電路,并給出變換器控制整體的電路結(jié)構(gòu)。在仿真軟件上搭建控制電路進行仿真,驗證電路的有效性和可行性。
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