博士论文：数字移相控制隔离型半桥双向DCDC变换器研究.pdf

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1、华中科技大学博士学位论文数字移相控制隔离型半桥双向DC/DC变换器研究姓名：马学军申请学位级别：博士专业：电气工程指导教师：康勇20051001摘要隔离型双向变换器广泛应用于许多领域其拓扑类型比较多本文仅选择适用于中小功率结构简单的移相控制隔离型对称半桥和不对称半桥电压—电流型拓扑这两种类型的拓扑进行研究本文重点研究这两种拓扑在移相控制方式下的工作状态电路模型工作特性及数字控制方案对移相控制隔离型对称双向变换器提出结合开关函数和等效电路的简化模型建模方法使状态方程的阶数从高价变成低阶简化了分析与计算过程缩短了仿真时间推导了与简化模型对应

2、的小信号模型提出了按根轨迹法设计控制器的方法基于电路拓扑的稳态直接分析法和基于小信号的稳态值分析法完全一致表明所建模型的正确性仿真和实验结果验证了理论分析对称半桥中当电压变化范围较大电感能量传输两侧电压不匹配时可以用多绕组变压器来实现电压匹配抑制电流尖峰不对称半桥由对称半桥变换而来结构更简单所用器件更少隔离型不对称半桥变换器中当能量传输电感两侧电压不匹配时会在开关管中产生较大的电流尖峰PWM加移相控制方式可以实现该工况下对电流尖峰的抑制降低开关管的电流应力本文提出了PWM加移相控制方式下结合开关函数和等效电路的状态平均模型建模方法移相控

3、制隔离型对称/不对称半桥双向变换器实际运行过程中需要考虑开关器件的电压电流应力启动电流偏磁环流效率等方面的问题隔离型电流—电压型双向变换器Boost模式下开关管关断时会有较高的电压尖峰使开关管的电压应力增大本文分析了电压尖峰形成的机理进行提出用无源或有源箝位方式限制电压尖峰降低开关管的电压应力实验表明Boost模式下低压侧启动电流很大本文提出改进型斜坡输入电压软启动和带反激电路的快速软启动两种无损软启动方式以降低启动电流移相控制对称半桥双向变换器中电容均压对防止偏磁保证电路正常工作是非常必要的本文提出利用压差反馈或磁集成均压电路来实现分

4、压电容均压和防止偏磁的方案样机中采用磁集成均压电路实现了对称半桥中分压电容的良好均压效率测量结果表明上述二种拓扑的效率并不高本文对效率影响因素进行了深入分析指出无功和环流是主要原因I本文采用基于DSPTMS320C240的数字控制方式提出了基于DSP全比较模式的数字移相直接生成方法该方法通过编程方式就可以实现移相波形的产生及死区的灵活设置双向变换器Boost模式时需恒压控制Buck模式时需恒流控制本文根据控制系统的数学模型设计了合理的数字控制器实现了对两种模式的良好控制而所提出的合理的切换方式可以保证不同模式之间可靠切换研制了一台额定功

5、率1KW的样机实验结果表明了上述模型分析设计的正确性关键词隔离型双向变换器对称半桥不对称半桥模型移相数字控制IIAbstractIsolatedbi-directionalDC/DCconvertersareappliedinmanyfields.Therearelotsoftopologiesaboutthem.Inthispaper,phasephiftcontrolisolatedsymmetricalhalfbridge(SHB)andasymmetricalhalfbridge(AHB)voltagesource-curren

6、t-sourcetopologiesareonlystudiedbecausethetopologiesarefitformiddleorlowpoweranditscircuitissimple.Asimportantresearchcontent,theoperationmode,themathematicmodelofthetopologies,theoperationcharacteristicandtheschemeofdigitalcontrolarestudiedinthetwotopologies.ForSHB,base

7、dontheequivalentcircuitsandtheswitchingfunction,anovelmodel-constructionmethodispresentedwhichthevaryingfaststatevariableissubstitutedintothevaryingslowsub-system,thenadescendedorderstatespaceaveragemodel(SSAM)forlargeinertiasub-systemcanbegotten..Thismethodwillmakethean

8、alysisandcalculationsimpleandthesimulationtimeisshorten.Basedonthesimplifiedstatespaceaveragemodel,asma