移相全橋DC/DC變換器動態(tài)建模研究
摘要:利用狀態(tài)空間平均法分析了ZVSPWM?DC/DC變換器主電路并利用狀態(tài)平均方程對其建立了動態(tài)模型,進行了仿真研究。仿真結(jié)果證明本方法和研究結(jié)果具有一定應(yīng)用價值。 關(guān)鍵詞:移相全橋DC/DC變換器;建模;狀態(tài)空間平均法
移相全橋零電壓開關(guān)電路是一種適用于大功率開關(guān)電源的軟開關(guān)電路。它具有電路結(jié)構(gòu)簡單,易于實現(xiàn)恒頻控制,易于高頻化,不需輔助電路,鐵磁元件容量小,變壓器的漏感和開關(guān)器件的寄生電容可以納入諧振電路,諧振軟開關(guān)器件應(yīng)力小,開關(guān)損耗小等優(yōu)點。近年來,移相全橋ZVSPWM?DC/DC變換主電路在DC/DC變換中應(yīng)用十分普遍。因此,將移相全橋ZVSPWM?DC/DC變換主電路精確建模就顯得十分必要。 建立移相全橋ZVSPWM?DC/DC變換主電路的小信號模型的方法很多。本文介紹一種基于狀態(tài)平均方程的小信號狀態(tài)空間建模方法。 2小信號模型的建立 移相全橋ZVSPWM?DC/DC變換器主電路拓撲結(jié)構(gòu)如圖1所示(圖中LLK為輸出變壓器的漏感)。 移相全橋DC/DC變換電路由Buck電路變化而來,故先分析在變換器的輸出電流連續(xù)的情況下,基本Buck電路的原理并列寫B(tài)uck電路的平均狀態(tài)方程[1]。 典型的Buck電路圖如圖2所示。 此電路有兩種工作狀態(tài)。即開關(guān)S導(dǎo)通狀態(tài)和開關(guān)S關(guān)斷狀態(tài)。兩種工作狀態(tài)下的等值電路分別示于圖3(a)和圖3(b)。 平均狀態(tài)方程的列寫實際上就是將開關(guān)器件等效成電路的一個具有增益特性的器件來列寫方程。增
(a)導(dǎo)通狀態(tài)(b)關(guān)斷狀態(tài)
式中:Vc=Vo,Vo為輸出電壓,Vc為電容C上的電壓; Vs為輸入直流電壓; D為占空比; iL為電感L上的電流; n為變壓器副邊匝數(shù)與原邊匝數(shù)的比值。式(1)為基本Buck電路的狀態(tài)平均方程。式(1)中,對各變量施加擾動,令各擾動量分別為對應(yīng)Vs、D、iL、Vo、Vc的擾動分量。注意到各變量對D施加擾動程度是不同的。下面分別討論各變量的擾動對D的影響。移相全橋ZVSPWM?DC/DC變換主電路與Buck電路不同之處是它存在占空比損失問題,由于移相全橋ZVSPWM?DC/DC變換主電路變壓器漏感LLK和變壓器副邊整流二極管的影響,從S1,S4(或S2,S3)導(dǎo)通到副邊電壓升到nVs需要一段時間,這就是占空比損失現(xiàn)象。在電路模型中反映出來的是(為有效占空比擾動)的擾動源問題。由于占空比損失,模型中的變壓器的變比為1:Deff,,而不是Buck電路中的1:D。 移相全橋ZVSPWM?DC/DC變換主電路波形分析如圖4所示[2]。 圖4中,vab,iab是圖1電路中a,b兩點之間的電壓和電流。 移相全橋ZVSPWM?DC/DC變換主電路的電壓增益可表示為 Vo/Vs=DeffNs/Np=nDeff(2) 式中:Vo為輸出電壓穩(wěn)態(tài)值; Ns為變壓器副邊匝數(shù); Np為變壓器原邊匝數(shù)。 設(shè)ΔD為損失的占空比,則 D=Deff+ΔD(3) 圖4中,當(dāng)t=t4時,原邊電流瞬時值 i3=n(IL-Δi/2) 式中:IL為電感電流平均值; Δi=i1-i3。 當(dāng)t=t6時原邊電流瞬時值 i2=n[IL+Δi/2-(1-D)VoT/2L] 式中:T為開關(guān)周期。 負載電流i0=V0/R。 根據(jù)變換器波形圖,可以得出ΔD=(i3+i2)/(4) Deff=D-ΔD=D-×[2IL-Vo(1-D)T/2L](5) 從式(5)可以看出,有效占空比Deff和許多因素有關(guān),不僅跟自身的占空比變化有關(guān),也跟輸出電感的電流IL,輸入電壓Vs有關(guān)。由于IL和負載電流i0有必然聯(lián)系,所以,i0、Vs、D稍有擾動,有效占空比都會產(chǎn)生相應(yīng)的擾動。假設(shè)以上三個擾動量分別為,在Deff上產(chǎn)生相應(yīng)的擾動分別為、,則(6) 顯然,三個擾動分量在Deff上產(chǎn)生的擾動效果是不同的。 將式(5)分別對三個分量取微分,得到Deff對三個擾動的表達式如下:
()
=-(7)式中:fr為變換頻率,且fr=。=(8)=(1-n2Deff)(9) AX+BVs=0 V0=FTX(10) 擾動方程:(11)式中:;;;; 式(11)就是移相全橋ZVSPWM?DC/DC變換器的動態(tài)低頻小信號狀態(tài)平均方程。為得到該電路的輸出對輸入占空比的傳遞函數(shù),將這個狀態(tài)方程轉(zhuǎn)換為傳遞函數(shù)[2]。將(12) 代入式(11),有:(13)式中:;;。 輸入直流電壓的波動很小,通常認為是理想的。即=0(14) 將式(14)代入式(13),有(15) 式(15)即為移相全橋ZVSPWM-DC/DC變換電路在輸入直流電壓穩(wěn)定不變的條件下的動態(tài)低頻小信號狀態(tài)平均方程。簡化式(15),得(16) 式(16)即是ZVSPWM-DC/DC變換電路的輸出對輸入占空比的傳遞函數(shù)。 3模型的穩(wěn)定性 由電路的穩(wěn)態(tài)條件,Vs=530V,n=0.5,L=0.003H,C=0.0044F,V0=28.5V,LLK=0.003H,fr=10kHz,根據(jù)ZVSPWM?DC/DC變換器經(jīng)常應(yīng)用于低壓大電流輸出場合的特點,取R=0.1Ω,模擬大功率大電流負載。 代入式(16),得ZVSPWM?DC/DC變換器的開環(huán)傳遞函數(shù)為:(17) 從圖5可以看出,相角裕度大于90°,幅值裕度大于80dB,本模型具有較好的穩(wěn)定性。 4由PI調(diào)節(jié)器組成閉環(huán)控制系統(tǒng) 由PI調(diào)節(jié)器組成的閉環(huán)控制系統(tǒng)如圖6所示。圖中:M(s)為PI調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù); Fm為脈沖發(fā)生器的傳遞函數(shù);
根據(jù)圖6,寫出系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù):(18)式中:為輸出電壓的拉氏變換; Vref為輸入給定的拉氏變換。 PI環(huán)的形式為:M′(s)=Kp+(19) 式中:Kp為比例系數(shù); KI為積分系數(shù)。 根據(jù)勞斯判據(jù),結(jié)合系統(tǒng)的超調(diào)要求,穩(wěn)定裕度和調(diào)節(jié)時間,選?。?/P> Kp=5;KI=6;K=1 5仿真波形分析 PI調(diào)節(jié)器的參數(shù)同上。首先考慮負載恒定,取Vref=28.5V,R=0.1Ω,得到輸出電壓的仿真波形如圖7所示。由圖7可見,系統(tǒng)在該負載的條件下,上升時間不足5s,且無超調(diào),具有極好的穩(wěn)定性。 對于負載變化的情況,采用MATLAB仿真,得到本模型在負載變化時的輸出波形,如圖8所示。系統(tǒng)帶阻性負載,圖8表示的負載變化情況為:在t=0時,負載電流為237A,功率為6.77kW;在t=20s時,負載突變至285A,功率為8.1225kW。 從仿真的結(jié)果看,在負載突增或突減的情況下,基于狀態(tài)空間平均法的小信號模型的響應(yīng)在3~4s內(nèi)可以達到穩(wěn)定狀態(tài),速度快,且無超調(diào)。仿真證明本模型具有良好的穩(wěn)定性,在大功率大電流的情況下,能夠廣泛應(yīng)用。 6結(jié)語 本文利用狀態(tài)平均方程的小信號建模方法分析了移相全橋ZVSPWM?DC/DC變換主電路的模型,著重分析了利用平均狀態(tài)方程小信號建模方法的建模過程,并得出了移相全橋ZVSPWM?DC/DC變換主電路的小信號數(shù)學(xué)模型。相對于其它常用的小信號等效電路法,本方法的結(jié)果可以直接計算得到,省略了對原電路的小信號處理。相對于不定負載DC/DC建模,本方法的數(shù)學(xué)表達式雖然精度低一些,但相對簡單得多,因而在一般情況下更具實用價值。本方法方程列寫方便,數(shù)學(xué)處理簡單且直接從數(shù)學(xué)分析入手,所用推導(dǎo)都建立在數(shù)學(xué)理論基礎(chǔ)上,易于掌握。通過理論研究和仿真,分析了模型的部分性能,證明本方法和結(jié)論可以廣泛應(yīng)用。 參考文獻 [1]JesusLeyva?Ramos,JorgeAlbertoMorles?Saldana.Uncertainty modelsforswitch?modeDC/DCconverters[J].IEEEtransactionsoncircuitsandsystems?partI:fundamentaltheoryandapplication,2000,47(2). [2]張占松,蔡宣三.開關(guān)電源的原理與設(shè)計[M].電子工業(yè) 出版社,1998. [3]朱鵬程,郭衛(wèi)農(nóng),陳堅.升壓斬波電路PI和PID調(diào)節(jié)器 的優(yōu)化設(shè)計[J].電力電子技術(shù),2001.8 |
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2023-03-03 11:32:05
設(shè)計全橋逆變+無控整流的DC-DC直流變換電路
這是我的課程設(shè)計作業(yè),設(shè)計要求如下:?設(shè)計全橋逆變+無控整流的DC-DC直流變換電路,進行元器件的參數(shù)計算和選擇,進行電路建模、補償和控制電路的設(shè)計;?輸入直流電壓Vin=180V±10%,輸出電壓Vo=300V,輸出電流Io=4A,輸出電壓紋波
2021-11-15 06:47:01
資料分享:LLC 諧振變換器的研究
摘要:高頻化、高功率密度和高效率,是 DC/DC 變換器的發(fā)展趨勢。傳統(tǒng)的硬開關(guān)變換器限制了開關(guān)頻率和功率密度的提高。移相全橋 PWM ZVS DC/DC 變換器可以實現(xiàn)主開關(guān)管的 ZVS,但滯后
2019-09-28 20:36:43
選擇最佳DC/DC變換器的要點及途徑
DC-DC電源變換器將一個固定的直流電壓變換為可變的直流電壓,這種技術(shù)被應(yīng)用于更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。DC-DC變換器是通信設(shè)備中最常用的功能電路之一,其質(zhì)量和效率直接影響通信設(shè)備的正常運行。一、元器件
2014-06-05 15:15:32
選擇最佳DC/DC變換器的要點及途徑
導(dǎo)讀: DC-DC電源變換器將一個固定的直流電壓變換為可變的直流電壓,這種技術(shù)被應(yīng)用于更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。DC-DC變換器是通信設(shè)備中最常用的功能電路之一,其質(zhì)量和效率直接影響通信設(shè)備的正常運行
2018-09-28 16:03:17
隔離式DC/DC變換器的電磁兼容設(shè)計
摘要:文章詳細分析了隔離式DC/DC 變換器產(chǎn)生電磁噪聲干擾的機理,提出了在DC/DC 變換器主電路及控制電路設(shè)計時所采取的電磁兼容措施。關(guān)鍵詞:隔離式DC/DC 變換器、電磁兼容性、電磁干擾、電磁敏感度
2009-10-12 16:57:41
基于HEV雙向DC DC變換器的研究與設(shè)計
本文介紹了一種應(yīng)用于混合動力電動汽車動力系統(tǒng)的大功率雙向DC/DC變換器,首先給出了電機控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖,然后對雙向DC/DC變換器進行分類,在分析最簡化雙向Buck-Boost DC/DC變換器的拓
2010-02-24 16:07:1422
兩種雙管反激型DC/DC變換器的研究和比較
兩種雙管反激型DC/DC變換器的研究和比較
1 概述
反激型DC/DC變換器因結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉而廣泛應(yīng)用于各種輔助電源和小功率
2009-07-04 12:08:112863
DC/DC變換器中輸出濾波器的比較
DC/DC變換器中輸出濾波器的比較
摘要:輸出濾波器是DC/DC變換器中的重要組成部分,與變換器的動態(tài)性能、整機體積和成本等性
2009-07-09 10:48:431593
DC/DC變換器與DC/AC逆變器連接問題的研究
DC/DC變換器與DC/AC逆變器連接問題的研究
1概述
隨著各種各樣的逆變電源的應(yīng)用越來越廣泛,對逆變器的研究也日益深入
2009-07-10 10:06:323402
開關(guān)電容DC/DC變換器的理論研究
開關(guān)電容DC/DC變換器的理論研究
摘要:開關(guān)電容變換器由于結(jié)構(gòu)中不含磁性元件,因而體積和重量可以進一步減小,適合
2009-07-15 08:49:382665
#硬聲創(chuàng)作季 閉環(huán)降壓變換器是如何工作的DC-DC變換器--動畫演示
變換器DC變換器DC-DCDC-降壓行業(yè)資訊
Mr_haohao發(fā)布于 2022-10-19 17:39:39
全數(shù)字DC-DC變換器研究
全數(shù)字DC-DC變換器研究
引 言 移相全橋ZVS DC-DC變換器是目前應(yīng)用最廣泛的軟開關(guān)電路之一。作為一種具有優(yōu)良性能的移相全橋變換器,其兩個橋臂的開
2010-01-26 11:19:591066
基于反激式電路拓撲的DC/DC變換器并聯(lián)輸出的均流變換器設(shè)計
本文主要通過對Droop法DC/DC變換器并聯(lián)均流技術(shù)的研究,設(shè)計了一種基于反激式電路拓撲的兩個DC/DC變換器并聯(lián)輸出的均流變換器。
單端反激電路的電路拓撲及工作
2010-08-26 11:31:016461
推挽式Boost DC/DC 變換器的研究
文章提出在雙向DC/DC 變換器中用到的一種推挽式Boost DC/DC 變換器,全面分析這種變換器的工作原理并闡述其缺點,利用PSPICE 仿真軟件對其進行建模仿真。
2011-08-15 09:39:4412659
基于FPGA的比例積分滑??刂?b class="flag-6" style="color: red">DC_DC變換器研究
基于FPGA的比例積分滑??刂?b class="flag-6" style="color: red">DC_DC變換器研究_黃忻
2017-01-07 18:21:311
DC-DC開關(guān)變換器混沌現(xiàn)象及其應(yīng)用研究動態(tài)和進一步設(shè)想
DC-DC開關(guān)變換器混沌現(xiàn)象及其應(yīng)用研究動態(tài)和進一步設(shè)想
2017-09-15 08:40:276
一種DC-DC開關(guān)變換器建模方法研究
DC-DC 開關(guān)變換器的建模是研究開關(guān)電源的基礎(chǔ),對開關(guān)電源的分析與設(shè)計具有重要意義。
2018-05-30 09:24:3918
電動汽車雙向DC/DC變換器的研究
論文針對應(yīng)用于電動汽車上雙向Dc/Dc變換器的設(shè)計問題進行了研究。在參閱國內(nèi)外相關(guān)文獻的基礎(chǔ)上,論文首先分析了單向Dc/DC變換器的拓撲結(jié)構(gòu),列舉了四種不隔離雙向DC/DC變換器的拓撲結(jié)構(gòu),通過對它們的分析、比較,決定采用雙向半橋變換器作為本次設(shè)計的雙向DC/DC變換器的拓撲結(jié)構(gòu)。
2021-04-16 15:34:2941
基于UC3845的單端反激DC-DC變換器的研究
基于UC3845的單端反激DC-DC變換器的研究(電源技術(shù)期刊格式要求)-基于UC3845的單端反激DC-DC變換器的研究? ? ? ? ? ? ? ?
2021-08-31 13:59:2573
雙向全橋DC_DC變換器新型控制策略研究
雙向全橋DC_DC變換器新型控制策略研究(高頻開關(guān)電源技術(shù))-雙向全橋DC_DC變換器新型控制策略研究? ? ? ? ? ? ? ? ??
2021-08-31 19:00:0650
脈寬調(diào)制DC/DC全橋變換器軟開關(guān)技術(shù)的研究
脈寬調(diào)制DC/DC全橋變換器軟開關(guān)技術(shù)的研究(通信電源技術(shù)期刊幾號發(fā)行)-脈寬調(diào)制DC/DC全橋變換器軟開關(guān)技術(shù)的研究? ? ? ? ? ? ? ? ??
2021-08-31 19:12:5025
ZVZCS全橋PWMDC_DC變換器的小信號建模方法
ZVZCS全橋PWMDC_DC變換器的小信號建模方法(大工18秋電源技術(shù)在線作業(yè)2)-ZVZCS全橋PWMDC_DC變換器的小信號建模方法 ? ? ? ? ? ? ? ? ?
2021-08-31 19:25:5110
半橋式DC-DC變換器設(shè)計
半橋式DC-DC變換器設(shè)計(通信電源技術(shù)規(guī)范書)-半橋式DC-DC變換器設(shè)計,有需要的可以參考!
2021-09-15 18:08:51141
DC-DC開關(guān)變換器的建模與分析的動態(tài)評述
DC-DC開關(guān)變換器的建模與分析的動態(tài)評述(電源技術(shù)應(yīng)用2013年第3期)-該文檔為DC-DC開關(guān)變換器的建模與分析的動態(tài)評述講解文檔, 是一份很不錯的參考資料,可以下載來看看
2021-09-28 14:39:2811
DC-DC開關(guān)變換器的建模分析與研究(with-bookmark)
DC-DC開關(guān)變換器的建模分析與研究(with-bookmark)(電源技術(shù)作業(yè) 電力/水利工程科技專業(yè)資料 答案)-該文檔為DC-DC開關(guān)變換器的建模分析與研究(with-bookmark)講解文檔,是一份很不錯的參考文檔,可以下載來看看
2021-09-28 14:43:4427
BUCK型DC/DC變換器的建模與仿真
BUCK型DC-DC變換器的建模與仿真摘要1 文獻調(diào)研1.1 研究背景1.2 Buck電路的應(yīng)用場合2 原理分析2.1 模型介紹2.2 模型分析2.3 頻域和時域響應(yīng)2.4 參數(shù)指標(biāo)要求3 參數(shù)
2021-11-09 16:06:0424
DC/DC變換器動態(tài)建模
雖然DC/DC變換器為非線性系統(tǒng),但是通過加擾動和線性化,可以獲得小信號線性交流方程。平均開關(guān)網(wǎng)絡(luò)法比狀態(tài)空間平均法使用更為方便,用電路變換代替冗長的數(shù)學(xué)推導(dǎo)。
2023-10-16 10:52:02261
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