Buck型DC-DC变换器设计及控制方法的研究
发布时间：2021-01-09 19:01
在生产发展中,电气设施对于开关电源指标的要求愈加苛刻。作为非线性时变的系统,开关电源的控制技术也在不断地被关注。目前常用的非线性控制理论中,滑模控制理论可有效使系统在面对元器件参数变动和各种扰动时而不受干扰。所以滑模控制方法被普遍用于DC-DC变换器的控制中。在本文中涉及的是其中一种较为常用的降压型DC-DC变换器,即Buck型变换器。基于设计出的Buck变换器硬件平台,着重研究在滑模控制方法下,利用观测器技术如何使开关电源拥有优良的动、静态品质。首先说明了Buck变换器的总体构造,和各个器件在工作过程中的作用。根据变换器工作原理和过程,在电流续流条件下对电路建立数学模型。根据得到的Buck变换器中元器件参数得到数学模型,分析数学模型在频域上的特性。其次,利用滑模控制理论对Buck变换器进行控制器的设计,概述了普通的滑模控制理论对Buck变换器系统中的不匹配扰动不敏感的现象。为了克服此问题提出利用扩张状态观测器,将系统中的不匹配扰动当成状态变量进行估算,并将估算值加入到传统滑模控制器里,这样便设计出了能够有效补偿外部扰动的滑模控制器;考虑到提高Buck变换器对扰动的反应速度,提出了针对...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
投影物镜单个镜组结构图
图 1-2 投影物镜单个镜组结构图 图 1-3 电机机械结构图控制模块放大模块电机传动电压放大直流稳压模块功率放大图 1-4 投影物镜电机驱动系统组成框图1.2 国内外发展现状1.2.1DC-DC 变换器的发展现状DC-DC 变换器的作用主要为把输入的直流电进行相应的转换，这种改变主要指的是电能的幅值。DC-DC 变换器根据其拓扑的组成、工作相数与输入输出端口数的不同能够分成以下种类，如图 1-5 所图。
如果直接相连，很容易烧坏控制芯片，所以还要在两种板卡之间设计隔离电路，将弱电和强电进行隔离。因此对隔离电路和驱动电路提出的要求第一，要保证输入的控制信号经过两种电路后，其脉冲宽度保持稳定不变，制信号不失真；第二，保证经过两种电路后，对控制信号的幅值进行放大，达到驱动开关管的阈值要求；第三，这部分电路要能够抵抗外部的各种干扰在隔离电路中采用的芯片是 TLP555，此芯片的隔离原理是采用的光耦隔离，入引脚与输出引脚两者无物理连接，起到了很好的隔离作用，同时利用此芯行电路设计时使用的外围元器件非常少，电路比较简单。其开通电流仅为A，可以通过限流电阻直接与 DSP 引脚相连。在实际调试时发现，DSP 和555 芯片之间一定要选择恰当的限流电阻，限流电阻过小可能使 DSP 输出引脚过的电流过大，烧坏 DSP 芯片；限流电阻过大时可能使开通电流过小，TLP55正常工作。驱动芯片选择的是IR2125，在进行相关电路设计时需要用到一个二极管，其输出端利用自举模式，最大可以驱动 600V 大小的开关管，同时提身的过流保护和欠电压保护，完全满足本设计的要求。如图 5-2 为设计的光耦及开关管的驱动电路图。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于积分滑模的航天器有限时间姿态容错控制[J]. 马广富,于彦波,李波,胡庆雷. 控制理论与应用. 2017(08)
[2]基于改善关联性Buck变换器的混沌控制[J]. 贾美美,张国山,牛弘. 物理学报. 2013(13)
博士论文
[1]先进控制方法的若干典型应用研究[D]. 王军晓.东南大学 2017
[2]直流变换器的鲁棒控制算法[D]. 贤燕华.华南理工大学 2014
硕士论文
[1]DC-DC变换器系统滑模控制方法研究[D]. 张璐.东南大学 2017
[2]DC/DC变换器的滑模控制[D]. 王川.华中科技大学 2016
[3]BucK变换器的自适应终端滑模控制研究[D]. 高巍.东华大学 2014
[4]基于Buck型变换器的滑模变结构控制技术研究[D]. 刘斌.浙江大学 2007
本文编号：2967224
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
投影物镜单个镜组结构图
图 1-2 投影物镜单个镜组结构图 图 1-3 电机机械结构图控制模块放大模块电机传动电压放大直流稳压模块功率放大图 1-4 投影物镜电机驱动系统组成框图1.2 国内外发展现状1.2.1DC-DC 变换器的发展现状DC-DC 变换器的作用主要为把输入的直流电进行相应的转换，这种改变主要指的是电能的幅值。DC-DC 变换器根据其拓扑的组成、工作相数与输入输出端口数的不同能够分成以下种类，如图 1-5 所图。
如果直接相连，很容易烧坏控制芯片，所以还要在两种板卡之间设计隔离电路，将弱电和强电进行隔离。因此对隔离电路和驱动电路提出的要求第一，要保证输入的控制信号经过两种电路后，其脉冲宽度保持稳定不变，制信号不失真；第二，保证经过两种电路后，对控制信号的幅值进行放大，达到驱动开关管的阈值要求；第三，这部分电路要能够抵抗外部的各种干扰在隔离电路中采用的芯片是 TLP555，此芯片的隔离原理是采用的光耦隔离，入引脚与输出引脚两者无物理连接，起到了很好的隔离作用，同时利用此芯行电路设计时使用的外围元器件非常少，电路比较简单。其开通电流仅为A，可以通过限流电阻直接与 DSP 引脚相连。在实际调试时发现，DSP 和555 芯片之间一定要选择恰当的限流电阻，限流电阻过小可能使 DSP 输出引脚过的电流过大，烧坏 DSP 芯片；限流电阻过大时可能使开通电流过小，TLP55正常工作。驱动芯片选择的是IR2125，在进行相关电路设计时需要用到一个二极管，其输出端利用自举模式，最大可以驱动 600V 大小的开关管，同时提身的过流保护和欠电压保护，完全满足本设计的要求。如图 5-2 为设计的光耦及开关管的驱动电路图。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于积分滑模的航天器有限时间姿态容错控制[J]. 马广富,于彦波,李波,胡庆雷. 控制理论与应用. 2017(08)
[2]基于改善关联性Buck变换器的混沌控制[J]. 贾美美,张国山,牛弘. 物理学报. 2013(13)
博士论文
[1]先进控制方法的若干典型应用研究[D]. 王军晓.东南大学 2017
[2]直流变换器的鲁棒控制算法[D]. 贤燕华.华南理工大学 2014
硕士论文
[1]DC-DC变换器系统滑模控制方法研究[D]. 张璐.东南大学 2017
[2]DC/DC变换器的滑模控制[D]. 王川.华中科技大学 2016
[3]BucK变换器的自适应终端滑模控制研究[D]. 高巍.东华大学 2014
[4]基于Buck型变换器的滑模变结构控制技术研究[D]. 刘斌.浙江大学 2007
本文编号：2967224
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