先进数字控制技术在dc―dc变换器中的应用

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1、先进数字控制技术在DC―DC变换器中的应用摘要：由传统的化学电池、光伏阵列及燃料电池等供电的变换器在分布式电源系统、UPS、航空二次电源和电动汽车等领域发挥着重要的作用。变换器的主电路有单级、两级串联和三级串联三种结构。DC-DC变换器只需进行一次电能变换，结构简单，元器件数少，效率高。但为了实现输入输出的电压匹配与电气隔离，本文研究就先进数字控制技术在DC-DC变换器中的应用进行了研究。中国8/vie　　关键词：数字控制技术；DC-DC变换器；单级式　　中图分类号：TP311文献标识码：A：1009-3044（2016）36-0218-02　　1DC-DC变换器的应用现状　　现阶段变换器拓

2、扑结构有多种分类方式：1）按中间直流链性质可分为电压型变换器和电流型变换器；2）按输出交流电压相数可分为单相变换器和三相变换器；3）按隔离类型可分为无变压器隔离变换器、带工频变压器隔离变换器和带高频变压器隔离变换器。传统的单级式变换器一方面工频变压器体积和重量大，使得系统的功率密度大为降低，且会造成较大的噪声污染，损耗较大；另一方面，当直流源的输入电压宽范围波动时，因变压器变比大而导致副边的开关管电压、电流应力高、不便选型。　　三级结构变换器采用的是DC-DC+DC-DC+DC-AC方案，一般用在需要高频隔离的场合，一种类型的中间级DC-DC电路采用的是满占空比不调制的软开关高频隔离电路（如

3、移相全桥电路或全桥LLC谐振电路）；另一种准三级机构中间的DC-DC电路功能是将直流电压变换成全波电压，再由后级DC-AC做工频切换展开成正弦波电压。三级结构变换器因为结构复杂而应用受到局限。所以，最广泛应用的就是DC-DC+DC-AC的数字控制变换器。加入的DC-DC级变换器就是为了省去笨重的工频变压器，减小变换器的体积和重量，提高功率密度和整体变换效率。　　目前28、42V等低压直流电源仍广泛应用于交通和电力系统中，如作为新能源、飞机及电动汽车等分布式发电系统的直流电源。为了获得负载所需115或220V高压交流电，在低压输入直流源和变换器之间加入一级DC-DC变换器，其作用为：（1）用于

4、完成变换器输入输出之间的电压匹配；（2）用于实现电气隔离，保证变换器的安全可靠运行，减小电磁干扰。而后级DC-AC变换器则用于完成直流到交流转换并给终端负载供电。数字控制变换器中间直流母线环节存在电解电容，进行功率解耦，因此，数字控制变换器的前后级可以独立控制。如今数字控制变换器已广泛应用于航空静止变流器、车载逆变电源、光伏并网变换器等。　　2先进数字技术在DC-DC变换器中的应用　　由于中间直流链母线电容的存在，将先进数字技术应用到DC-DC变换器中来，可以实现前后级的功率解耦，因此，前级DC-DC和后级DC-AC之间相互独立控制；对于两级式的光伏并网变换器，前级可用于实现太阳能电池板的最

5、大功率点跟踪（MPPT）、电压升压等功能，后级可用于实现中间直流母线稳压、变换器输出测进网电流控制以及孤岛效应检测等功能。　　2.1单端正激电路设计　　单端正激电路是在BUCK降压转换器上增加一个隔离变压器而构建的。该电路具有结构简单、可靠性高的优点。它被广泛应用于中小型功率转换应用。但是这个电路也有一些缺点：（1）核心单向磁化变压器，必须重置为防止磁芯饱和，因此，需要额外的复位电路使磁芯复位变压器；（2）变压器利用率低，开关将输入电压，大约两倍低的输入情况下的唯一的；（3）开关的占空比小于0.5；（4）添加到变压器的绕组结构复杂，与变压器的技术水平也会影响电路的性能。　　2.2单端反激电路

6、设计　　单端反激电路可以看成是带隔离变压器的Buck/Boost变换器，其电路拓扑与单端正激电路相似，开关管承受的电压应力也相同，只是变压器的接法不同。反激电路中隔离变压器起变压器和储能电感的双重作用，变压器磁芯会产生直流偏磁，在设计变压器时必须要有气隙以防止磁芯饱和，因此变压器的漏感较大，电感值相对较低，当开关管关断时会产生很高的关断电压尖峰。此外，反激电路会引起二极管反向恢复、无线电干扰等问题。从输出端看，反激式电路是电流源，因此电路不能空载运行。该电路结构简单，所用元器件少，适用于低压输入多输出场合。　　2.3双管正激电路设计　　双管正激电路结构简洁，利用两个二极管提供励磁电流回路，实

7、现磁芯磁复位，因此无需磁复位电路，励磁能量回馈给电源，损耗相对减少了。开关管的最大电压应力都不会超过最大直流�入电压，电压应力小，因此功率器件可选择耐压值较低的功率管。为了保证磁芯能可靠的磁复位，开关管的占空比要小于0.5。与单端正激电路相比，双管正激电路不存在复杂的磁复位电路，这有利于简化电路和变压器的设计，但变压器工作于磁化曲线的第一象限，仍是单向磁化，铁芯利用率低。该电路适用于高压输入中大功率场合。