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基于單端正激模型的雙向DC-DC變換器研究

作者: 時間:2012-09-11 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

5 控制策略

經(jīng)過前面對電路結(jié)構(gòu)、工作原理、參數(shù)選擇的分析,現(xiàn)對控制策略進行。為了實現(xiàn)變換,要求變換器正、反方向均能正常工作,決定采取正向電壓外環(huán)電流內(nèi)環(huán)雙閉環(huán)非互補導(dǎo)通、反向電壓單閉環(huán)互補導(dǎo)通的控制策略[8-10]。

當進行雙閉環(huán)反饋控制時,將輸出電壓經(jīng)過采樣電路之后與基準正弦電壓相比較,對它們的誤差電壓采取PI調(diào)節(jié)運算的方法,然后通過運算放大器降壓限幅后送到比較器正端,以達到與鋸齒波進行比較產(chǎn)生占空比可以調(diào)節(jié)的脈沖信號的目標,進而通過占空比變化來控制和改善輸出電壓,如圖5(a)所示。將經(jīng)限幅電路限幅后的誤差電壓信號作為給定電流信號,與電感電流采樣信號再進行比較,如圖5(b)所示,Uio即為電壓PI環(huán)的輸出電壓值,Uig為輸出電流的采樣信號,通過比較可以得到其輸出信號為:

V=Uig+(Uig- Uio)R3/ R1 (18)

將產(chǎn)生的誤差信號ue與鋸齒信號uc分別接到比較器正負兩端,即可產(chǎn)生占空比可以調(diào)節(jié)的脈沖電壓信號,供邏輯電路使用。當誤差信號大于鋸齒波信號時,比較器輸出高電平;當誤差信號小于鋸齒波信號時,比較器輸出低電平,從而得到PWM高頻信號。對產(chǎn)生的PWM觸發(fā)信號進行處理,即可得到相應(yīng)的開關(guān)管驅(qū)動信號。采用雙閉環(huán)控制,可以增強變換器對負載的適應(yīng)能力,提高輸出波形質(zhì)量。

基于單端正激模型的雙向DC-DC變換器研究

圖5 正向雙閉環(huán)環(huán)控制組件:(a) 電壓外環(huán)PI調(diào)節(jié)器;

(b) 電流內(nèi)環(huán)比例調(diào)節(jié)單元

變換器反向工作時,相對于正向工作情形,采取了簡單的輸出電壓單閉環(huán)控制,其采樣部分、PI調(diào)節(jié)單元、PWM比較器等與正向控制類似,在此不再作詳細闡述。在實際工作時,為保證功率器件的正常運行,需添加主開關(guān)管的驅(qū)動電路。

6 仿真試驗

經(jīng)過前面對控制方案的設(shè)計,現(xiàn)對其進行仿真驗證。變換器正向工作時,其仿真結(jié)果如圖6所示。

基于單端正激模型的雙向DC-DC變換器研究

圖6 變換器正向仿真波形:(a)變換器輸出電壓uo與濾波電感電流i ;(b) 輸出電壓uo與濾波電感電流i局部展開圖;( c) 電壓PI調(diào)節(jié)結(jié)果與電流PI調(diào)節(jié)結(jié)果

從圖6(a)的仿真結(jié)果可以看出,變換器輸出波形質(zhì)量較好,波形平整,紋波系數(shù)較小,諧波含量少;圖6(b)中,輸出電壓紋波為0.0084V,遠小于輸出要求的0.2V,濾波電感電流紋波為0.325A,小于輸出要求的0.4A,變換器工作效率η=(11.603×28.308)/(12×30)=91.2%>80%,由于采取雙閉環(huán)的控制方案,電路結(jié)構(gòu)稍微復(fù)雜,器件較多,相對于單閉環(huán)控制存在有較多的損耗,但是滿足了設(shè)計的要求,且動態(tài)響應(yīng)更快;圖6(c)所示為經(jīng)過PI調(diào)節(jié)器后的誤差電壓、電流波形,在允許的波動范圍之內(nèi),起到了很好地動態(tài)調(diào)節(jié)作用。

變換器反向工作時,其仿真結(jié)果如圖7所示。

基于單端正激模型的雙向DC-DC變換器研究

圖7 變換器反向仿真波形:(a) 變換器輸出電壓以及驅(qū)動信號波形;(b) 變換器磁復(fù)位中電阻R的參數(shù)波形

從圖7(a)可以看出,反向工作時變換器輸出電壓很接近48V滿足設(shè)計的要求;驅(qū)動信號滿足Boost電路設(shè)計的要求,驅(qū)動信號互補,有效利用了電感中儲存的能量,這一點與變換器正向工作時驅(qū)動信號非互補控制是有區(qū)別的;圖7(b)說明磁復(fù)位電路電阻R中的電流很小并且其損耗很低,在很好實現(xiàn)磁復(fù)位的同時也滿足了盡量減小能量損耗的目標。

7 總結(jié)

通過對變換器的設(shè)計,分別對其電路拓撲、控制方案、器件參數(shù)等進行了分析和對比,選取了激變換器同步整流的電路拓撲,并將電壓外環(huán)、電流內(nèi)環(huán)先進的控制方案運用到試驗中,最后通過仿真分析,證明了所設(shè)計變換器的正確性和可行性,滿足了設(shè)計的要求。

參考文獻

[1] 李平,何益宏,龔仁喜.直流變換器的發(fā)展現(xiàn)狀[J].廣西師范學(xué)院學(xué)報,2006,23(2):100-10.

[2] 嚴仰光.雙向直流變換器[M].江蘇科學(xué)技術(shù)出版社,2004.

[3] 張方華.雙向變換器的[D].南京航空航天大學(xué)博士學(xué)位論文,2004.

[4] 童亦斌,吳M,金新民,等.雙向DC/DC變換器的拓撲[J].中國電機工程學(xué)報,2007,27(13):81-86.

[5] 姜德來,呂征宇.應(yīng)用同步整流技術(shù)實現(xiàn)雙向DC - DC變換[J].電源技術(shù)應(yīng)用,2005,8(11):9-12.

[6] 劉鳳君.現(xiàn)代高頻開關(guān)電源技術(shù)及應(yīng)用[M].電子工業(yè)出版社,2008.

[7] 張占松.開關(guān)電源的原理與設(shè)計[M].電子工業(yè)出版社,2006.

[8] 張衛(wèi)平.開關(guān)變換器的建模與控制[M].北京:中國電力出版社,2006.

[9] 金楠唐,厚君,葉M生,等.交流Buck型動態(tài)電壓調(diào)節(jié)器的建模與控制[J].電機與控制學(xué)報,2010,14(8):102-106.

[10] 陳冠旭,戴宇杰,張小興,呂英杰.用于降壓型DC-DC轉(zhuǎn)換器的死區(qū)時間控制電路[J].微電子學(xué),2009,39(1):77-80.

附注

基金項目:國家自然科學(xué)基金(51177073);江蘇省自然科學(xué)基金(BK2009389)。

作者簡介

朱勁松(1988-),男,漢,江蘇泰州人,碩士研究生,研究方向為電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用。E-mail:1988win@163.com。

李 磊(1975-),男,漢,山東濟寧人,博士,副教授,研究方向為功率電子變換技術(shù)。 ■


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