隔离式双向DC/DC变换器的建模与控制
发布时间：2020-12-28 00:23
本文通过对隔离式双向DC/DC变换器的基本原理进行分析,设计了Type II型控制器的参数,最后对双有源桥DC/DC变换器及其控制器进行MATLAB仿真测试。结果表明,本文设计的变换器开关管能够实现零电压开关,功率流向切换速度快,输出电压的快速、稳定。
【文章来源】：信息技术与信息化. 2019年02期
【文章页数】：3 页
【部分图文】：
图1双有源桥DC/DC变换器的电路结构图
自导通180°，且原边的H桥以及副边的H桥的对角线上的两只开关管的驱动波形时刻一致，即保持同开同关的控制规律。这样的驱动控制时序保证了两个桥臂中点AB和CD之间的电压均为正负对称的方波电压。将副边CD电压折算到变压器的原边，功率分析的可以简化为两个交流电压vAB和vCD加在电感L上的等效电路。该电路可通过控制AB间电压相对于CD间电压之间的角度来控制功率流向和功率传输的大小，该角度称之为移相角，移相角与π的比值定义为移相占空比Dφ。2控制器的设计为了得到稳定的输出电压和功率，本文采用如图2所示的框图进行控制。通过设计合适的控制器H(s)动态调节输出控制量移相角δ的大小，来维持输出电压的稳定。图2双有源桥DC/DC变换器的基本控制框图经典控制理论表明，为了提高上述单环控制器的控制性能，前向通道的传递函数H(s)G(s)应该满足一下两个条件：1）对低频信号的高增益——最大限度地减小稳态误差2）较大的截止频率（穿越频率）——具备快速的暂态响应。控制器H(s)的设计需要功率级G(s)的动态特性描述方程，即双有源桥DC/DC变换器的小信号模型。如下所示：(1)其中：
652019年第2期方案与应用信息技术与信息化图5稳态工作时，输出电压波形从仿真波形图8中可以看出，仿真模型的结果与理论分析的结果基本吻合，保持一致。处于稳态的时候，输出的电压波形可以看出，输出电压和参考电压基本保持一致，能够很好地跟踪指令值。3.3软开关仿真分析图6双移相全桥软开关波形根据本文研究背景，移相控制模式下的双有源桥DC/DC变换器其一个很重要的特性就是软开关，软开关的实现可以减小开关管的开关损耗，大大提高变换器的效率，同时可以允许变换器的开关频率的进一步提升，对实现电源的小型化、高功率密度具有重要意义。同时观察开关管的驱动波形以及开关管DS之间的电压，仿真波形如图6所示。从图中可以看出，当开关管驱动由低变高之前，开关管的电压已经有一段时间为零电压，因此实现了开关管的ZVS。5总结本文通过对DAB变换器的建模分析与控制策略设计，最后搭建MATLAB仿真，验证了开关管能够实现ZVS。对设计的控制器在参考电压阶跃和负载突变的条件下进行测试，观察输出电压的响应波形，设计的控制器能够很好地满足输出电压的快速性与稳定性要求。参考论文[1]沙广林,王聪,程红,邓嘉卿,王健宇.移相控制的双有源桥DC-DC变换器统一相量分析法[J].电工技术学报,2017,32(18):175-185.[2]杨敏.PWM加移相控制双有源全桥双向DC-DC变换器的研究[D].南京航空航天大学,2013.[3]赵盼盼.电压模式PFM升压DC-DC转换器设计[D].哈尔滨工业大学,2014.【作者简介】梁承权(1985-)，通讯作者，男，广西贵港人，硕士研究生，工程师。研究方向为智能家居研究、电力电子建模与控制。（收稿日期：2019-02-25）图4双有源桥DC/DC变换器MATLAB/Simulink仿真模型
【参考文献】：
期刊论文
[1]移相控制的双有源桥DC-DC变换器统一相量分析法[J]. 沙广林,王聪,程红,邓嘉卿,王健宇. 电工技术学报. 2017(18)
硕士论文
[1]电压模式PFM升压DC-DC转换器设计[D]. 赵盼盼.哈尔滨工业大学 2014
[2]PWM加移相控制双有源全桥双向DC-DC变换器的研究[D]. 杨敏.南京航空航天大学 2013
本文编号：2942781
【文章来源】：信息技术与信息化. 2019年02期
【文章页数】：3 页
【部分图文】：
图1双有源桥DC/DC变换器的电路结构图
自导通180°，且原边的H桥以及副边的H桥的对角线上的两只开关管的驱动波形时刻一致，即保持同开同关的控制规律。这样的驱动控制时序保证了两个桥臂中点AB和CD之间的电压均为正负对称的方波电压。将副边CD电压折算到变压器的原边，功率分析的可以简化为两个交流电压vAB和vCD加在电感L上的等效电路。该电路可通过控制AB间电压相对于CD间电压之间的角度来控制功率流向和功率传输的大小，该角度称之为移相角，移相角与π的比值定义为移相占空比Dφ。2控制器的设计为了得到稳定的输出电压和功率，本文采用如图2所示的框图进行控制。通过设计合适的控制器H(s)动态调节输出控制量移相角δ的大小，来维持输出电压的稳定。图2双有源桥DC/DC变换器的基本控制框图经典控制理论表明，为了提高上述单环控制器的控制性能，前向通道的传递函数H(s)G(s)应该满足一下两个条件：1）对低频信号的高增益——最大限度地减小稳态误差2）较大的截止频率（穿越频率）——具备快速的暂态响应。控制器H(s)的设计需要功率级G(s)的动态特性描述方程，即双有源桥DC/DC变换器的小信号模型。如下所示：(1)其中：
652019年第2期方案与应用信息技术与信息化图5稳态工作时，输出电压波形从仿真波形图8中可以看出，仿真模型的结果与理论分析的结果基本吻合，保持一致。处于稳态的时候，输出的电压波形可以看出，输出电压和参考电压基本保持一致，能够很好地跟踪指令值。3.3软开关仿真分析图6双移相全桥软开关波形根据本文研究背景，移相控制模式下的双有源桥DC/DC变换器其一个很重要的特性就是软开关，软开关的实现可以减小开关管的开关损耗，大大提高变换器的效率，同时可以允许变换器的开关频率的进一步提升，对实现电源的小型化、高功率密度具有重要意义。同时观察开关管的驱动波形以及开关管DS之间的电压，仿真波形如图6所示。从图中可以看出，当开关管驱动由低变高之前，开关管的电压已经有一段时间为零电压，因此实现了开关管的ZVS。5总结本文通过对DAB变换器的建模分析与控制策略设计，最后搭建MATLAB仿真，验证了开关管能够实现ZVS。对设计的控制器在参考电压阶跃和负载突变的条件下进行测试，观察输出电压的响应波形，设计的控制器能够很好地满足输出电压的快速性与稳定性要求。参考论文[1]沙广林,王聪,程红,邓嘉卿,王健宇.移相控制的双有源桥DC-DC变换器统一相量分析法[J].电工技术学报,2017,32(18):175-185.[2]杨敏.PWM加移相控制双有源全桥双向DC-DC变换器的研究[D].南京航空航天大学,2013.[3]赵盼盼.电压模式PFM升压DC-DC转换器设计[D].哈尔滨工业大学,2014.【作者简介】梁承权(1985-)，通讯作者，男，广西贵港人，硕士研究生，工程师。研究方向为智能家居研究、电力电子建模与控制。（收稿日期：2019-02-25）图4双有源桥DC/DC变换器MATLAB/Simulink仿真模型
【参考文献】：
期刊论文
[1]移相控制的双有源桥DC-DC变换器统一相量分析法[J]. 沙广林,王聪,程红,邓嘉卿,王健宇. 电工技术学报. 2017(18)
硕士论文
[1]电压模式PFM升压DC-DC转换器设计[D]. 赵盼盼.哈尔滨工业大学 2014
[2]PWM加移相控制双有源全桥双向DC-DC变换器的研究[D]. 杨敏.南京航空航天大学 2013
本文编号：2942781
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