磁流变缓冲器驱动电流源研究

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1、1磁流变缓冲器驱动电流源研究重庆大学硕士学位论文（专业学位）学生姓名：田杰指导教师：廖昌荣教授兼职导师：谢云山高级工程师学位类别：工程硕士（仪器仪表工程领域）重庆大学光电工程学院二O一五年五月☆研究工作得到了中央高校基本科研业务费专项项目（106112015CDJZR125517）和重庆市基础与前沿研究计划项目（cstc2013jjB60001）共同资助StudyonCurrentSourceforMagneto-rheologicalBumperDeviceAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoft

2、heRequirementforProfessionalDegreeByTianJieSupervisedbyProf.LiaoChangrongPluralisticSupervisedbySeniorEng.XieYunshanSpecialty:ME(InstrumentandMeterEngineeringField)CollegeofOptoelectronicEngineeringofChongqingUniversity,Chongqing,China2May2015☆ThepaperwasfinanciallysupportedbyFundamentalRese

3、archFundsfortheCentralUniversities（106112015CDJZR125517）andFundamentalandAdvancedResearchProjectsofChongqing（cstc2013jjB60001）重庆大学硕士学位论文中文摘要摘要传统汽车缓冲装置由于参数不可控制、自适应能力差，只能在特定的碰撞环境下才能取得较好的缓冲效果，限制了其广泛的应用。磁流变缓冲装置作为一种智能缓冲器件，具有缓冲力实时可控、自适应能力强的优点，弥补了传统缓冲装置的不足，是目前汽车碰撞缓冲装置的重要发展方向之一。鉴于汽车碰撞过程极短，对磁流变缓冲装置的响

4、应时间提出了极高的要求，驱动电流源的响应时间是缓冲器响应时间的主要影响因素之一，因此设计快速响应的电流源直接决定磁流变缓冲装置能否有效、可靠的运行。目前国内外对磁流变装置驱动电流源研究对象主要为小阻值、小电感的缓冲装置，同时研究的电流源只有一路输出，只能驱动单个缓冲装置，不适用于多个缓冲装置的供电需求。因此研究一种驱动能力强、响应速度快、多路可控输出的电流源对驱动阻抗较大的缓冲装置，提高汽车碰撞安全性能具有重要现实意义。本文以磁流变缓冲器为研究对象，针对大阻值、大电感的缓冲器，提出了一种全新的“推挽+Buck”两级式拓扑结构。具体研究内容如下：①介绍了磁流变缓冲器的研究背景，详

5、细列举了目前国内外磁流变装置驱动电流源研究现状及常见多路输出开关电源技术，针对目前多路输出开关电源技术存在的问题，阐述了本文的研究内容。②由缓冲器的励磁线圈结构得到缓冲器等效电路模型，结合实际简化了缓冲器等效电路，从理论上分析了磁流变缓冲器响应时间的主要影响因素，通过Matlab软件仿真得到缓冲器等效电阻、等效电感、供电电压等对响应时间的影响，并提出了通过提高前级供电电压和采用高效的控制方法来降低磁流变缓冲器的响应时间。③比较了半桥变换器、全桥变换器和推挽变换器拓扑结构的优缺点，针对大阻值、大电感的磁流变缓冲器，提出了一种新的“推挽+Buck”两级式结构，并详细分析了所选拓扑结

6、构的工作原理及各个元器件所承受的电压应力和电流应力，为元器件选择提供了参考。④结合磁流变缓冲器响应时间的需求，前级推挽变换器将蓄电池电压12V放大到60V电压，大于实际所需电压40V。根据各个元器件所需承受的电压应力和电流应力，完成了推挽变换器设计、功率元器件选取、变换器驱动电路设计、输入输出滤波器的设计、PCB板绘制等。计算了前级推挽变换器的输出阻抗和后级Buck变换器的输入阻抗，带入参数，得到输出阻抗高于输入阻抗两个数量级，验证了所设计两级式拓扑结构的稳定性。I重庆大学硕士学位论文中文摘要⑤搭建了实验平台，进行了软件部分的设计，测试了控制信号的占空比与输出电流之间的关系，将

7、所设计的电流源与磁流变缓冲器进行了连接，测试了相应时间，并与理论响应时间进行了对比和误差分析。实验结果表明在驱动磁流变缓冲器（等效电感39.6mH，电阻11.7Ω），电流源是可控的，输出电流0~3A连续可调，驱动缓冲器最大上升时间小于7ms，下降时间小于10ms，满足预期设计要求。得出如下结论：采用“推挽+Buck”两级式拓扑结构能有效解决单级式变换器驱动能力不足的问题；推挽变换器升压越高，缓冲器响应速度越快；采用DSP作为控制器解决了高压输入低压输出时占空比失控的问题。关键词：推挽电路，B