隔離式雙向DC/DC變換器的建模與控制
發(fā)布時間：2020-12-28 00:23
本文通過對隔離式雙向DC/DC變換器的基本原理進(jìn)行分析,設(shè)計(jì)了Type II型控制器的參數(shù),最后對雙有源橋DC/DC變換器及其控制器進(jìn)行MATLAB仿真測試。結(jié)果表明,本文設(shè)計(jì)的變換器開關(guān)管能夠?qū)崿F(xiàn)零電壓開關(guān),功率流向切換速度快,輸出電壓的快速、穩(wěn)定。
【文章來源】：信息技術(shù)與信息化. 2019年02期
【文章頁數(shù)】：3 頁
【部分圖文】：
圖1雙有源橋DC/DC變換器的電路結(jié)構(gòu)圖
自導(dǎo)通180°，且原邊的H橋以及副邊的H橋的對角線上的兩只開關(guān)管的驅(qū)動波形時刻一致，即保持同開同關(guān)的控制規(guī)律。這樣的驅(qū)動控制時序保證了兩個橋臂中點(diǎn)AB和CD之間的電壓均為正負(fù)對稱的方波電壓。將副邊CD電壓折算到變壓器的原邊，功率分析的可以簡化為兩個交流電壓vAB和vCD加在電感L上的等效電路。該電路可通過控制AB間電壓相對于CD間電壓之間的角度來控制功率流向和功率傳輸?shù)拇笮。摻嵌确Q之為移相角，移相角與π的比值定義為移相占空比Dφ。2控制器的設(shè)計(jì)為了得到穩(wěn)定的輸出電壓和功率，本文采用如圖2所示的框圖進(jìn)行控制。通過設(shè)計(jì)合適的控制器H(s)動態(tài)調(diào)節(jié)輸出控制量移相角δ的大小，來維持輸出電壓的穩(wěn)定。圖2雙有源橋DC/DC變換器的基本控制框圖經(jīng)典控制理論表明，為了提高上述單環(huán)控制器的控制性能，前向通道的傳遞函數(shù)H(s)G(s)應(yīng)該滿足一下兩個條件：1）對低頻信號的高增益——最大限度地減小穩(wěn)態(tài)誤差2）較大的截止頻率（穿越頻率）——具備快速的暫態(tài)響應(yīng)�？刂破鱄(s)的設(shè)計(jì)需要功率級G(s)的動態(tài)特性描述方程，即雙有源橋DC/DC變換器的小信號模型。如下所示：(1)其中：
652019年第2期方案與應(yīng)用信息技術(shù)與信息化圖5穩(wěn)態(tài)工作時，輸出電壓波形從仿真波形圖8中可以看出，仿真模型的結(jié)果與理論分析的結(jié)果基本吻合，保持一致。處于穩(wěn)態(tài)的時候，輸出的電壓波形可以看出，輸出電壓和參考電壓基本保持一致，能夠很好地跟蹤指令值。3.3軟開關(guān)仿真分析圖6雙移相全橋軟開關(guān)波形根據(jù)本文研究背景，移相控制模式下的雙有源橋DC/DC變換器其一個很重要的特性就是軟開關(guān)，軟開關(guān)的實(shí)現(xiàn)可以減小開關(guān)管的開關(guān)損耗，大大提高變換器的效率，同時可以允許變換器的開關(guān)頻率的進(jìn)一步提升，對實(shí)現(xiàn)電源的小型化、高功率密度具有重要意義。同時觀察開關(guān)管的驅(qū)動波形以及開關(guān)管DS之間的電壓，仿真波形如圖6所示。從圖中可以看出，當(dāng)開關(guān)管驅(qū)動由低變高之前，開關(guān)管的電壓已經(jīng)有一段時間為零電壓，因此實(shí)現(xiàn)了開關(guān)管的ZVS。5總結(jié)本文通過對DAB變換器的建模分析與控制策略設(shè)計(jì)，最后搭建MATLAB仿真，驗(yàn)證了開關(guān)管能夠?qū)崿F(xiàn)ZVS。對設(shè)計(jì)的控制器在參考電壓階躍和負(fù)載突變的條件下進(jìn)行測試，觀察輸出電壓的響應(yīng)波形，設(shè)計(jì)的控制器能夠很好地滿足輸出電壓的快速性與穩(wěn)定性要求。參考論文[1]沙廣林,王聰,程紅,鄧嘉卿,王健宇.移相控制的雙有源橋DC-DC變換器統(tǒng)一相量分析法[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào),2017,32(18):175-185.[2]楊敏.PWM加移相控制雙有源全橋雙向DC-DC變換器的研究[D].南京航空航天大學(xué),2013.[3]趙盼盼.電壓模式PFM升壓DC-DC轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué),2014.【作者簡介】梁承權(quán)(1985-)，通訊作者，男，廣西貴港人，碩士研究生，工程師。研究方向?yàn)橹悄芗揖友芯�、電力電子建模與控制。（收稿日期：2019-02-25）圖4雙有源橋DC/DC變換器MATLAB/Simulink仿真模型
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]移相控制的雙有源橋DC-DC變換器統(tǒng)一相量分析法[J]. 沙廣林,王聰,程紅,鄧嘉卿,王健宇. 電工技術(shù)學(xué)報(bào). 2017(18)
碩士論文
[1]電壓模式PFM升壓DC-DC轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)[D]. 趙盼盼.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2014
[2]PWM加移相控制雙有源全橋雙向DC-DC變換器的研究[D]. 楊敏.南京航空航天大學(xué) 2013
本文編號：2942781
【文章來源】：信息技術(shù)與信息化. 2019年02期
【文章頁數(shù)】：3 頁
【部分圖文】：
圖1雙有源橋DC/DC變換器的電路結(jié)構(gòu)圖
自導(dǎo)通180°，且原邊的H橋以及副邊的H橋的對角線上的兩只開關(guān)管的驅(qū)動波形時刻一致，即保持同開同關(guān)的控制規(guī)律。這樣的驅(qū)動控制時序保證了兩個橋臂中點(diǎn)AB和CD之間的電壓均為正負(fù)對稱的方波電壓。將副邊CD電壓折算到變壓器的原邊，功率分析的可以簡化為兩個交流電壓vAB和vCD加在電感L上的等效電路。該電路可通過控制AB間電壓相對于CD間電壓之間的角度來控制功率流向和功率傳輸?shù)拇笮。摻嵌确Q之為移相角，移相角與π的比值定義為移相占空比Dφ。2控制器的設(shè)計(jì)為了得到穩(wěn)定的輸出電壓和功率，本文采用如圖2所示的框圖進(jìn)行控制。通過設(shè)計(jì)合適的控制器H(s)動態(tài)調(diào)節(jié)輸出控制量移相角δ的大小，來維持輸出電壓的穩(wěn)定。圖2雙有源橋DC/DC變換器的基本控制框圖經(jīng)典控制理論表明，為了提高上述單環(huán)控制器的控制性能，前向通道的傳遞函數(shù)H(s)G(s)應(yīng)該滿足一下兩個條件：1）對低頻信號的高增益——最大限度地減小穩(wěn)態(tài)誤差2）較大的截止頻率（穿越頻率）——具備快速的暫態(tài)響應(yīng)�？刂破鱄(s)的設(shè)計(jì)需要功率級G(s)的動態(tài)特性描述方程，即雙有源橋DC/DC變換器的小信號模型。如下所示：(1)其中：
652019年第2期方案與應(yīng)用信息技術(shù)與信息化圖5穩(wěn)態(tài)工作時，輸出電壓波形從仿真波形圖8中可以看出，仿真模型的結(jié)果與理論分析的結(jié)果基本吻合，保持一致。處于穩(wěn)態(tài)的時候，輸出的電壓波形可以看出，輸出電壓和參考電壓基本保持一致，能夠很好地跟蹤指令值。3.3軟開關(guān)仿真分析圖6雙移相全橋軟開關(guān)波形根據(jù)本文研究背景，移相控制模式下的雙有源橋DC/DC變換器其一個很重要的特性就是軟開關(guān)，軟開關(guān)的實(shí)現(xiàn)可以減小開關(guān)管的開關(guān)損耗，大大提高變換器的效率，同時可以允許變換器的開關(guān)頻率的進(jìn)一步提升，對實(shí)現(xiàn)電源的小型化、高功率密度具有重要意義。同時觀察開關(guān)管的驅(qū)動波形以及開關(guān)管DS之間的電壓，仿真波形如圖6所示。從圖中可以看出，當(dāng)開關(guān)管驅(qū)動由低變高之前，開關(guān)管的電壓已經(jīng)有一段時間為零電壓，因此實(shí)現(xiàn)了開關(guān)管的ZVS。5總結(jié)本文通過對DAB變換器的建模分析與控制策略設(shè)計(jì)，最后搭建MATLAB仿真，驗(yàn)證了開關(guān)管能夠?qū)崿F(xiàn)ZVS。對設(shè)計(jì)的控制器在參考電壓階躍和負(fù)載突變的條件下進(jìn)行測試，觀察輸出電壓的響應(yīng)波形，設(shè)計(jì)的控制器能夠很好地滿足輸出電壓的快速性與穩(wěn)定性要求。參考論文[1]沙廣林,王聰,程紅,鄧嘉卿,王健宇.移相控制的雙有源橋DC-DC變換器統(tǒng)一相量分析法[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào),2017,32(18):175-185.[2]楊敏.PWM加移相控制雙有源全橋雙向DC-DC變換器的研究[D].南京航空航天大學(xué),2013.[3]趙盼盼.電壓模式PFM升壓DC-DC轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué),2014.【作者簡介】梁承權(quán)(1985-)，通訊作者，男，廣西貴港人，碩士研究生，工程師。研究方向?yàn)橹悄芗揖友芯�、電力電子建模與控制。（收稿日期：2019-02-25）圖4雙有源橋DC/DC變換器MATLAB/Simulink仿真模型
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]移相控制的雙有源橋DC-DC變換器統(tǒng)一相量分析法[J]. 沙廣林,王聰,程紅,鄧嘉卿,王健宇. 電工技術(shù)學(xué)報(bào). 2017(18)
碩士論文
[1]電壓模式PFM升壓DC-DC轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)[D]. 趙盼盼.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2014
[2]PWM加移相控制雙有源全橋雙向DC-DC變換器的研究[D]. 楊敏.南京航空航天大學(xué) 2013
本文編號：2942781
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