Buck-Boost变换器的无源性控制研究
发布时间：2021-03-07 12:23
随着科技与社会的不断发展进步,人们对于电力电子装置输出的电能质量要求也是越来越高。特别是如今国家号召大力发展新能源,可将像风能、太阳能等可持续能源转化为电能供人们使用,然而这类能源存在各类干扰问题或者大范围波动问题。为了得到稳定且高质量的电能,开关电源的控制方法近年来成为了各学者研究的热点。相较于线性控制方法,非线性控制方法有着更好的鲁棒性和稳定性,其中无源性控制方法以其结构简单、实现容易加上鲁棒性强、稳定性高、动态性能好等优点而应用广泛。以Buck-Boost型DC-DC变换器作为研究对象,对无源性控制方法进行研究。无源性控制方法起源于网络理论以及物理其他相关分支学科,主要从能量的角度来设计控制器。基于无源性和耗散性的定义,结合其与稳定性的关联,根据端口受控的耗散哈密顿系统进行控制器设计。首先采用等效电路的方法对Buck-Boost变换器的基本工作原理进行详细分析,根据电感电流是否连续,推导出其两种工作模式,在此基础上建立了其在电感电流连续模式下的大信号模型、小信号模型和状态空间平均模型。为了得到更好性能的Buck-Boost变换器系统,首先将Buck-Boost变换器的数学模型变换...
【文章来源】：浙江工业大学浙江省
【文章页数】：97 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Buck-Boost变换器实验测试平台Fig6-1.ExperimentaltestsystemsetupofBuck-Boostconverter
540的耐压值为100V而IRLR7843的耐压值为30V。本次设计的Buck-Boost变换器功率较低，因此选择IRLR7843这款功率MOSFET作为Buck-Boost变换器的开关管。而电感元件和电容元件的选取，通过一系列的计算即可得到，这里选取电感值为220μH，输入电容值为470μF，输出电容值为330μF，负载选择为10Ω。由于DSP的电压级为0~3.3V，而Buck-Boost变换器设计的输出电压为12V，因此需要图中的xR和yR组成的输出电压的采样电路，将输出电压按一定比例缩小后采样进入DSP中进行运算。其数量关系为youtoxy=+RVVRR(6-1)图6-3Buck-Boost变换器主电路Figure6-3.Buck-Boostconvertermaincircuit6.3.2电流检测回路设计此次课题设计的控制算法，需要Buck-Boost变换器的电感电流和输出电压这两个反馈信号来设计算法。输出电压的采样电路在上一节已经介绍了，这里主要介绍以下电流采样电路，主要用来对于电感电流和输出电流进行采样。本次电流采样电路主要是采用MAXIM公司的型号为MAX471的电流检测芯片，MAX471是完整的双向高边电流检测放大器，适用于便携式PC，电话和其他电池或直流电源线监控至关重要的系统。高端电力线监控在电池供电系统中尤其有用，因为它不会干扰电池中经常出现的电池充电器或监视器的接地路径。
浙江工业大学硕士学位论文66MAX471内置35mΩ电流检测电阻，可测量高达±3A的电池电流。对于需要更高电流或更高灵活性的应用，这款器件均具有电流输出，可通过单个电阻转换为接地参考电压，从而可实现各种电池电压和电流。MAX471的开路集电极SIGN输出指示电流流动方向，因此用户可以监控电池是否正在充电或放电。这款器件工作在3V至36V，温度范围小于100μA，最大关断模式为18μA。这部分电路的设计图如图6-4所示，电流从芯片的RS+端流入，从RS-端流出。芯片的OUT端输出的电压值与流经芯片的电流成一定的比例关系，其芯片内部的电流增益比已经预设为500μA/A。如图6-4所设计的外围电路中，芯片的OUT端和GND之间连一个2KΩ的电阻即可产生1V/A的电压电流转换比，即流过芯片的电流与芯片OUT端的电压成1V/A的比例关系。图6-4电流检测电路Figure6-4.Currentdetectioncircuit6.3.3功率MOSFET驱动电路设计在6.3.1节中有说到过，功率MOSFET其中一个优点就是驱动电路结构简单，需要的驱动电压较校本次选择IRLR7843这款功率MOSFET作为Buck-Boost变换器的开关管，其耐压值为30V，最大工作电流为161A，导通电阻为3.3mΩ。由于DSP的输出电压为0~5V，不足以驱动功率MOSFET，需要功率MOSFET驱动电路。比较各种方案，本次设计采用驱动芯片IR2104的驱动电路方案，其电路设计图如图6-5所示。IR2104是高电压高速度的功率MOSFET和IGBT驱动器，具有相关的高端和低端参考输出通道。其专有的HVIC和锁存免疫CMOS技术可实现坚固的单片结构。逻辑输入与标准CMOS或LSTTL输出兼容，可低至3.3V逻辑。输出驱动器具有高脉冲电流缓冲级，旨在实现最小的驱动器交叉传导。浮动通道可用于驱动高侧配置的N沟道功率MOSFET或IGBT，其工作电压为10至600伏。
本文编号：3069086
【文章来源】：浙江工业大学浙江省
【文章页数】：97 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Buck-Boost变换器实验测试平台Fig6-1.ExperimentaltestsystemsetupofBuck-Boostconverter
540的耐压值为100V而IRLR7843的耐压值为30V。本次设计的Buck-Boost变换器功率较低，因此选择IRLR7843这款功率MOSFET作为Buck-Boost变换器的开关管。而电感元件和电容元件的选取，通过一系列的计算即可得到，这里选取电感值为220μH，输入电容值为470μF，输出电容值为330μF，负载选择为10Ω。由于DSP的电压级为0~3.3V，而Buck-Boost变换器设计的输出电压为12V，因此需要图中的xR和yR组成的输出电压的采样电路，将输出电压按一定比例缩小后采样进入DSP中进行运算。其数量关系为youtoxy=+RVVRR(6-1)图6-3Buck-Boost变换器主电路Figure6-3.Buck-Boostconvertermaincircuit6.3.2电流检测回路设计此次课题设计的控制算法，需要Buck-Boost变换器的电感电流和输出电压这两个反馈信号来设计算法。输出电压的采样电路在上一节已经介绍了，这里主要介绍以下电流采样电路，主要用来对于电感电流和输出电流进行采样。本次电流采样电路主要是采用MAXIM公司的型号为MAX471的电流检测芯片，MAX471是完整的双向高边电流检测放大器，适用于便携式PC，电话和其他电池或直流电源线监控至关重要的系统。高端电力线监控在电池供电系统中尤其有用，因为它不会干扰电池中经常出现的电池充电器或监视器的接地路径。
浙江工业大学硕士学位论文66MAX471内置35mΩ电流检测电阻，可测量高达±3A的电池电流。对于需要更高电流或更高灵活性的应用，这款器件均具有电流输出，可通过单个电阻转换为接地参考电压，从而可实现各种电池电压和电流。MAX471的开路集电极SIGN输出指示电流流动方向，因此用户可以监控电池是否正在充电或放电。这款器件工作在3V至36V，温度范围小于100μA，最大关断模式为18μA。这部分电路的设计图如图6-4所示，电流从芯片的RS+端流入，从RS-端流出。芯片的OUT端输出的电压值与流经芯片的电流成一定的比例关系，其芯片内部的电流增益比已经预设为500μA/A。如图6-4所设计的外围电路中，芯片的OUT端和GND之间连一个2KΩ的电阻即可产生1V/A的电压电流转换比，即流过芯片的电流与芯片OUT端的电压成1V/A的比例关系。图6-4电流检测电路Figure6-4.Currentdetectioncircuit6.3.3功率MOSFET驱动电路设计在6.3.1节中有说到过，功率MOSFET其中一个优点就是驱动电路结构简单，需要的驱动电压较校本次选择IRLR7843这款功率MOSFET作为Buck-Boost变换器的开关管，其耐压值为30V，最大工作电流为161A，导通电阻为3.3mΩ。由于DSP的输出电压为0~5V，不足以驱动功率MOSFET，需要功率MOSFET驱动电路。比较各种方案，本次设计采用驱动芯片IR2104的驱动电路方案，其电路设计图如图6-5所示。IR2104是高电压高速度的功率MOSFET和IGBT驱动器，具有相关的高端和低端参考输出通道。其专有的HVIC和锁存免疫CMOS技术可实现坚固的单片结构。逻辑输入与标准CMOS或LSTTL输出兼容，可低至3.3V逻辑。输出驱动器具有高脉冲电流缓冲级，旨在实现最小的驱动器交叉传导。浮动通道可用于驱动高侧配置的N沟道功率MOSFET或IGBT，其工作电压为10至600伏。
本文编号：3069086
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlidianqilunwen/3069086.html
