高温环境Buck变换器的建模与控制方法研究

发布时间：2017-11-08 01:05

  本文关键词：高温环境Buck变换器的建模与控制方法研究

  更多相关文章： Buck变换器 建模 频率优化 自整定控制 高温环境

【摘要】：随着电力电子技术的发展,电力电子电路被广泛应用在工业生产、交通运输、新能源系统以及国防科技等领域。其中,诸如石油和天然气工业、汽车工业、航空航天业等许多领域需要电路系统可靠工作在高温环境。由于在高温环境中,器件参数和特性会发生改变,从而导致整个电路模型和效率的改变,基于常温参数设计的控制器控制效果也会随温度发生变化。因此对高温环境下器件建模、电路特性以及高适应性控制算法的研究具有重要意义。本文以Buck变换器为研究对象进行了深入研究。首先,本论文建立了Buck变换器中IGBT、铝电解电容以及磁性元件的温度模型。详细介绍了IGBT的数理模型,找到了IGBT器件电特性与内部参数之间的关系,分析了半导体参数的温度特性,在此基础上得到了IGBT的温度模型。接着,以铝电解电容和磁性元件等效电路模型为基础,分析了器件参数随温度变化的特性,得到了铝电解电容和磁性元件的温度模型。然后,本文在器件温度模型的基础上,分析了温度变化对输出纹波的影响,建立了宽范围温度变化下的Buck变换器小信号模型和损耗模型,在此基础上分析了温度变化对变换器频率特性的影响,以及温度变化对变换器各部分损耗的影响。为了提高温度变化情况下变换器的效率,本文采用频率优化的方法并通过Matlab仿真得到频率优化控制表。针对开关频率变化以及器件参数变化导致的定参数PID控制器控制效果变差的问题,本文进一步采用基于继电反馈的参数自整定控制方法,提高系统的动态特性。通过PSIM软件仿真证明,相比定参数PID控制,在宽范围温度变化下采用继电反馈的参数自整定控制方法,系统具有更好的动态特性,对参数变化和负载扰动具有较好的适应能力。最后,本文采用TI公司的TMS320F28035作为控制芯片,设计系统硬件电路,编写程序完成系统控制。将主电路板放入恒温箱中进行温度实验,实验验证了本文提出控制方法的可行性和正确性。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM46

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本文编号：1154895