ZVS半桥三电平充电机控制策略研究和实现

发布时间：2017-09-11 09:44

  本文关键词：ZVS半桥三电平充电机控制策略研究和实现

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【摘要】：随着世界经济的不断繁荣,可再生能源的危机也不断加剧。而合理利用自然资源,推动新能源的发展,是当今各国研究的主题。因此在汽车工业领域,大力提倡电动汽车逐渐成为了潮流趋势,对充电系统要求也越来越高。其中直流变换器又是充电系统中重要构成部分,对其研究具有非常重要的意义。本文基于半桥三电平变换器拓扑,对开关管控制策略以及充电控制策略进行研究分析,使开关管实现ZVS(Zero Voltage Switch),并且设计出动态性和稳定性能较好的充电控制系统。论文首先简要阐述了半桥三电平变换器的原理,再分类分析开关管控制策略。指出根据软开关方式可把变换器分为:ZVS方式和ZVZCS(ZCS,Zero Current Switch)方式,通过对开关器件类型的选择,从而本文选择对ZVS变换器进行研究。然后对实现ZVS的两种常用控制方法进行比较分析,最终采用有限双极性控制方法进行实现,并在此控制方式的基础上对变换器的开关模态进行分析,理论验证其可以实现ZVS。研究了实现过程中的相关问题,并在Simulink平台上搭建模型,验证该控制方法可以实现零电压开关。然后根据状态空间平均法基本原理对半桥变换器进行建模,之后进行控制策略研究,根据电压单环控制方法的不足,引出改进后控制方法,对其中的电压双环控制器进行设计,再对系统补偿前和双环控制后的性能进行比较分析。经过仿真验证,对比分析了这两种控制策略的特点。最后进行系统软件设计,将其运用到半桥三电平变换器样机中进行实验,通过实验验证了软件设计正确性,同时可知采用有限双极性控制实现了ZVS;且分别对输出纹波、稳压精度和变换效率进行了测试。可知本文的研究与设计达到了设计要求。
【关键词】：直流变换器 充电机 三电平 零电压开关 小信号建模
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM46;TM910.6
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-18
• 1.1 研究背景及意义11-12
• 1.2 国内外研究现状12-16
• 1.2.1 直流变换器的发展现状12-13
• 1.2.2 软开关技术的概述13-14
• 1.2.3 半桥变换器控制技术的研究现状14-16
• 1.3 本文设计指标16
• 1.4 本文研究的主要内容16-18
• 第二章 半桥三电平变换器的基本控制原理18-29
• 2.1 半桥三电平变换器的控制策略18-22
• 2.1.1 半桥三电平变换器基本原理18-19
• 2.1.2 基本PWM控制策略19-20
• 2.1.3 半桥三电平变换器的控制策略20-22
• 2.2 PWM控制方式的分类分析22-26
• 2.2.1 同一桥臂开关管同时关断22-23
• 2.2.2 同一桥臂开关管关断时间错开23-26
• 2.3 半桥三电平变换器软开关方式的选择26-28
• 2.4 本章小结28-29
• 第三章 ZVS变换器开关管控制策略的研究及相关分析29-51
• 3.1 ZVS半桥三电平变换器的控制方式29-30
• 3.1.1 超前管实现ZVS的控制方式29-30
• 3.1.2 滞后管实现ZVS的控制方式30
• 3.2 基于ZVS变换器的有限双极性控制方式30-33
• 3.2.1 有限双极性与移相控制方式的比较31-32
• 3.2.2 有限双极性方式中死区时间的分析32-33
• 3.3 基于有限双极性控制方式ZVS变换器模态分析33-41
• 3.4 ZVS实现过程中相关问题的研究41-45
• 3.4.1 开关管ZVS实现的条件41-42
• 3.4.2 副边占空比丢失42-45
• 3.5 基于ZVS半桥三电平变换器系统仿真45-50
• 3.5.1 系统主电路的MATLAB仿真模型45-46
• 3.5.2 系统主电路的MATLAB仿真波形46-50
• 3.6 本章小结50-51
• 第四章 半桥变换器的建模与充电控制策略的设计51-78
• 4.1 ZVS半桥三电平变换器小信号建模51-61
• 4.1.1 状态空间平均法51-55
• 4.1.2 Buck变换器的小信号模型分析55-58
• 4.1.3 ZVS半桥三电平变换器小信号模型分析58-61
• 4.2 系统充电控制策略的研究61-66
• 4.2.1 控制器设计原理及要求62-63
• 4.2.2 电压单环控制策略63-64
• 4.2.3 改进后的控制策略64-66
• 4.3 双环控制系统中控制器的设计66-71
• 4.3.1 电流环控制器的设计66-68
• 4.3.2 电压环控制器的设计68-70
• 4.3.3 性能比较分析70-71
• 4.4 仿真实验71-77
• 4.4.1 单环控制策略的仿真实验72-74
• 4.4.2 双环控制策略的仿真实验74-77
• 4.4.3 两种控制策略仿真结果对比分析77
• 4.5 本章小结77-78
• 第五章 系统软件设计与实验结果分析78-93
• 5.1 系统软件设计与实现78-86
• 5.1.1 系统软件总体框架78-79
• 5.1.2 PWM控制策略程序的设计79-81
• 5.1.3 AD采样中断程序的设计81-83
• 5.1.4 双闭环控制算法的设计83-86
• 5.2 系统样机与实验结果86-92
• 5.2.1 系统样机及实验平台86-87
• 5.2.2 实验结果分析87-92
• 5.3 本章小结92-93
• 第六章 总结与展望93-95
• 6.1 工作总结93-94
• 6.2 展望94-95
• 致谢95-96
• 参考文献96-98
• 攻硕期间取得的研究成果98-99

【参考文献】

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本文编号：830006