峰值电流模式的移相半桥三电平DC_DC变换器闭环系统建模研究
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全桥变换器原理及设计页数:21
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ZVS移相全桥变换器设计页数:19
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三电平双向DC-DC变换器的模型预测控制方法
三电平双向DC-DC变换器的模型预测控制方法梅杨;李晓晴;齐园园【期刊名称】《电气传动》【年(卷),期】2016(046)002【摘要】针对传统双闭环控制动态响应慢、PI控制器控制参数选择困难的缺点,提出采用模型预测控制(MPC)方法对三电平双向DC-DC变换器进行控制.该方法通过预测模型的建立和目标函数的最小化两个环节实现对控制目标性能的优化.对传统PI控制和模型预测控制搭建仿真模型,仿真结果显示模型预测控制方法可以使直流母线电压超调量控制在0.25％以内,使蓄电池充放电电流波动范围控制在0.1％以内,由此证明模型预测控制方法可以更好地实现直流母线电压的稳定,优化蓄电池的充放电过程.同时,采用模型预测方法控制三电平双向DC-DC变换器可以实现中点电压的自平衡.【总页数】4页(P36-39)【作者】梅杨;李晓晴;齐园园【作者单位】北方工业大学变频技术北京市工程技术研究中心,北京100144;北方工业大学变频技术北京市工程技术研究中心,北京100144;北方工业大学变频技术北京市工程技术研究中心,北京100144【正文语种】中文【中图分类】TK514【相关文献】1.一种双向隔离三电平DC-DC变换器电流有效值最小控制方法 [J], 罗登;舒泽亮;林宏健;况祖杭2.双PWM控制下三电平半桥隔离型双向DC-DC变换器的全局最小峰值电流研究[J], 杨超; 许海平; 袁志宝; 许志强3.宽增益三电平串联谐振双向DC-DC变换器 [J], 马幼捷;李强;李微;周雪松;刘红勤4.一种新型三电平双向DC-DC变换器 [J], 陈昭;韩猛;张玮麟;刘东立5.零电压开关N型交错并联三电平双向DC-DC变换器 [J], 鲁思兆;吴雷;李思奇;韦光勇因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
电力电子系统建模与控制DC-DC变换器电流峰值控制及其建模精选课件
第5章 DC-DC变换器电流峰值控制及其建模
1. 稳定性问题
以Buck电路为例，电流峰值控制结构图如图5.1所示。 稳态时电感电流连续时的波形如图5.2所示，其中m1和 -m2分别是开关管ON和OFF期间电流波形的斜率。
在开关管导通期间，电感电流线性增长，在t=αT时刻， 电感电流达到最大值（即电流指令iC）。则有
D2T v~g
(1 2D)T v~ )
MaT
2L
2L
写成一般形式如下式所示，对应的控制系统结构图见
图5.6，其中电压环为内环，电压环的给定是
~
iC
i~L
，电压环的反馈是 Fgv~g
Fvv~
，电流环的给定是
~
iC
，电流环的反馈是
~
iL
~
~
Fm(iC
~
iL
Fgv~g
Fvv~ )
第5章 DC-DC变换器电流峰值控制及其建模
第5章 DC-DC变换器电流峰值控制及其建模
5.1 电流峰值控制概念 5.2 电流峰值小信号模型 5.3 改进的电流控制模型
第5章 DC-DC变换器电流峰值控制及其建模
5.1 电流峰值控制概念
在DC/DC变换电路中，一般控制功率开关管占空比的 信号是由调制信号与锯齿波载波信号比较后获得的，而电 流峰值控制（CPM）中，是用功率开关管电流波形或电感 电流波形代替锯齿波调制信号，以获得所需的PWM控制信 号。
在高频段 Tv(s) / Zo(s) 可近似为一阶环节，即
Tv(s) / Zo(s) 1 M2
s MaTD
则穿越频率 c M2 ，低频时 || Tv(s) / Zo(s) ||1 ，则
T型三电平DC-DC变换器PWM脉冲调制方式
T型三电平DC-DC变换器PWM脉冲调制方式张亮;水恒华;安薇薇;陈国栋;奚玲玲;吉小鹏【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2014(0)S1【摘要】高效DC-DC变换器是直流网电能汇聚与传输的关键部件,本文提出一种基于T型三电平技术的单相全桥DC-DC变换器。
在分析主电路拓扑及工作原理的基础上,开展了换流过程的开关模态详细分析,同时深入讨论了矢量组合关系对中点电压偏移的影响,并针对性地提出一种周期内电压自平衡型PWM调制策略,且进一步推导了适用于工程实际的脉宽时间简化计算公式。
此外,还设计了一套外环电压调节和内环电流调节的双闭环控制策略。
最后,在Matlab/Simulink中构建了系统仿真模型,仿真结果表明论文所提PWM脉冲调制模式和DC-DC控制策略均具有良好的控制效果。
【总页数】5页(P332-336)【关键词】DC-DC变换器;T型三电平;PWM调制【作者】张亮;水恒华;安薇薇;陈国栋;奚玲玲;吉小鹏【作者单位】南京工程学院江苏配电网智能技术与装备协同创新中心;清华大学人工智能国家重点实验室;上海电气输配电集团技术中心;南京四方亿能电力自动化有限公司【正文语种】中文【中图分类】TM46【相关文献】1.基于IEGT的三电平变换器PWM脉冲调制研究 [J], 王青龙;孙健;刘刚;赵宇2.PWM与移相结合控制下的混合三电平\r隔离型双向DC-DC最小回流功率控制研究 [J], 杨超;许海平;张祖之;许志强3.双PWM控制下三电平半桥隔离型双向DC-DC变换器的全局最小峰值电流研究[J], 杨超; 许海平; 袁志宝; 许志强4.零电压开关N型交错并联三电平双向DC-DC变换器 [J], 鲁思兆;吴雷;李思奇;韦光勇5.宽范围软开关PWM全桥模块化多电平DC-DC变换器的比较分析 [J], 陈景文;李晓飞;石勇;莫瑞瑞因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
大容量储能系统三电平双向DC／DC变换器的研制与仿真
大容量储能系统三电平双向DC／DC变换器的研制与仿真杨晓辉;程红;于庆广【摘要】A new type of three-level bi-directional DC/DC converter for large energy system was present in this paper,which was composed of high-frequency isolation dual half-bridge three-level structure.This structure can withstand a large voltage.It described the working principles and total device rating of the converter,ana-lyzed the operating characteristics of the converter under the strategy of single phase-shift and also designed a closed-loop control system.It focused on the power flow characteristics and soft switching conditions .The simulation results show that the converter has the following characteristics.It is small of the switch voltage stress,so the converter applies to the high voltage high power occasion.Switch to work in high-frequency soft switching conditions,high power density.Switch tubes work under the condition of high frequency soft switch .The power density is improved.The output voltage is in the condition of zero steady error.The converter can meet the large storage system operating requirements.%设计了一种适用于大容量储能系统的三电平双向DC/DC 变换器，其拓扑采用可承受大电压的高频隔离双半桥三电平结构。
ZVS三电平DCDC变换器的研究
华中科技大学硕士学位论文ZVS三电平DC/DC变换器的研究姓名：李小兵申请学位级别：硕士专业：电力电子与电力传动指导教师：李晓帆20060428摘 要直流变换器是电力电子变换器的重要组成部分，软开关技术是电力电子装置向高频化、高功率密度化发展的关键技术，成为现代电力电子技术研究的热点之一。
由于对电源设备电磁兼容的要求的提高，一般在电源设备中都要加入功率因数校正环节，导致后继开关管电压应力的提高。
三电平直流变换器相应提出，主开关管的电压应力为输入直流电压的一半。
使得三电平直流变换器一提出就得到全世界电源专家和学者的重视，短短十几年内，相继提出许多种改进型三电平直流变换器，包括半桥式和全桥式。
根据主开关管实现软开关的不同，将三电平直流变换器分为零电压软开关和零电压零电流软开关。
本文首先给出了基本半桥式三电平DC/DC变换器，详细分析了其工作原理，讨论了主要参数的设计和由于次级整流二极管的反向恢复导致主开关管的电压尖峰。
接着给出一种带箝位二极管的改进型半桥式三电平DC/DC变换器。
文中给出了Saber软件的仿真结果，进一步证明改进方案的正确性和可行性。
针对前面讨论的两种半桥式三电平DC/DC变换器，设计了实验电路来验证理论分析的正确性，文中给出了实验结果。
接着研究了一种新型ZVS三电平LLC谐振型DC/DC变换器，文中详细讨论了该变换器的工作原理，讨论了主要参数的设计过程，给出了仿真结果。
最后，设计了一台实验装置来验证理论分析的正确性，给出了实验结果，说明了主开关管可以在全负载范围内实现零电压软开关，变换器的效率在输入电压高端较高，并且次级整流二极管实现了零电流开关，二极管电压应力为输出电压的2倍。
本文通过理论分析、仿真研究和实验验证，证实了半桥式三电平DC/DC变换器的优越性能，改进型的半桥式三电平DC/DC变换器比较好地消除了主开关管上的电压尖峰。
ZVS三电平LLC谐振型DC/DC变换器良好的性能，使得在有掉电维持时间限制的场合得到广泛应用。
三电平双有源全桥DC-DC变换器回流功率最小的移相控制
三电平双有源全桥DC-DC变换器回流功率最小的移相控制金莉;刘邦银;段善旭【摘要】三电平双有源全桥(3L-DAB)DC-DC变换器在DAB拓扑中引入三电平桥臂,额外增加了一个控制自由度,增强了变换器调节的灵活性.采用传统移相控制时,3L-DAB会产生较大的回流功率,导致系统损耗增加,效率降低.针对这个问题,提出一种回流功率最小的移相控制策略.首先通过实时检测输入输出电压和电流,建立移相控制下3L-DAB的传输功率和回流功率的数学模型,推导出最小回流功率与移相角比例、电压比之间的关系.在此基础上,根据传输功率与电压比的范围变化,采用分段优化算法求解最小回流功率及其对应的最优移相角,根据最优移相角来进行移相控制的方法,称之为优化移相控制策略.将提出的优化移相控制与传统的移相控制对比分析,发现前者在宽电压比范围具有更小的回流功率和电流应力,从而提高系统效率.最后,通过实验验证分析的正确性和所提控制策略的有效性.【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2018(033)024【总页数】10页(P5864-5873)【关键词】三电平双有源全桥变换器;最小回流功率;移相控制;宽电压比范围【作者】金莉;刘邦银;段善旭【作者单位】华中科技大学电气与电子工程学院强电磁工程与新技术国家重点实验室武汉 430074;华中科技大学电气与电子工程学院强电磁工程与新技术国家重点实验室武汉 430074;华中科技大学电气与电子工程学院强电磁工程与新技术国家重点实验室武汉 430074【正文语种】中文【中图分类】TM46双有源全桥（Dual Active Bridge, DAB）DC-DC变换器具有高功率密度、能实现功率的双向传输、易于实现软开关和模块化等优点，被广泛应用于储能系统[1, 2]、电动汽车[3-5]等双向隔离变换领域。
单移相控制因控制简单、易于实现，被广泛应用于DAB中，但当变压器的一次侧和二次侧桥臂电压不匹配时，DAB变换器回流功率和电流应力显著增加，产生较大的功率损耗，降低了系统效率[6, 7]。
一种三电平高增益DCDC变换器
Three-level High Gain DC-DC Converter
ZHANG Chao-lan，CHEN Le-peng，PAN Jia-lan （College of Electrical and New Energy，China Three Gorges University，Yichang 443002，China）
1 工作原理
图 1 为三电平高增益 DC-DC 变换器的电路拓扑。 为简化分析过程，作出如下假设：电路中的所有元器 件均为理想器件，不考虑寄生参数；电容 C1、C2 为无 穷大，且电容电压不变；电感电流连续，开关管 Q1 和
收稿日期：2019-01-06 作者简介：张超兰（1997-），女，湖北黄冈人，本科在读，主 要研究方向为电力电子与电力传动； 陈乐朋（1999-），男，湖北云梦人，本科在读，主要研究方向 为电力电子与电力传动； 潘迦蓝（1999-），男，湖北公安人，本科在读，主要研究方向 为电力电子与电力传动。
Key words：DC-DC converter；three-level；high gain
0 引 言
随着人类社会和科学技术的不断进步，光伏发电 因具备分布广泛、无污染等优点，成为研究热点 。 [1-3] 受光电池自身性能的限制，单光电池板的输出电压一 般为 30 ～ 50 V，而并网输入电压为 380 ～ 400 V。因此， 具有高升压能力的 DC-DC 变换器在光伏发电系统中具 有重要作用 [4]。
传统 Boost 变换器可通过增大主开关的占空比提 升输出电压增益。但是，当主开关的占空比过大时， 将导致开关管的电压应力增加，从而增大开关器件的 损伤和开关损耗，降低变换器的效率和稳定性 [5]。因 此，提出了一种基于开关电容结构的 DC-DC 变换器， 通过增加开关电容单元的数量提升输出电压增益，但 开关电容单元的结构较复杂，需配备相应的辅助元件， 大大增加了拓扑结构和控制策略的复杂度，同时在开 关状态切换时易产生电流尖峰，损害元器件 [6]。基于此， 本文提出了一种新型三电平高增益 DC-DC 变换器，具 有电路拓扑简单、开关管电压应力低、输出电压增益 高及控制简单等优点。
ZHANG Chao-lan，CHEN Le-peng，PAN Jia-lan （College of Electrical and New Energy，China Three Gorges University，Yichang 443002，China）
1 工作原理
图 1 为三电平高增益 DC-DC 变换器的电路拓扑。 为简化分析过程，作出如下假设：电路中的所有元器 件均为理想器件，不考虑寄生参数；电容 C1、C2 为无 穷大，且电容电压不变；电感电流连续，开关管 Q1 和
收稿日期：2019-01-06 作者简介：张超兰（1997-），女，湖北黄冈人，本科在读，主 要研究方向为电力电子与电力传动； 陈乐朋（1999-），男，湖北云梦人，本科在读，主要研究方向 为电力电子与电力传动； 潘迦蓝（1999-），男，湖北公安人，本科在读，主要研究方向 为电力电子与电力传动。
Key words：DC-DC converter；three-level；high gain
0 引 言
随着人类社会和科学技术的不断进步，光伏发电 因具备分布广泛、无污染等优点，成为研究热点 。 [1-3] 受光电池自身性能的限制，单光电池板的输出电压一 般为 30 ～ 50 V，而并网输入电压为 380 ～ 400 V。因此， 具有高升压能力的 DC-DC 变换器在光伏发电系统中具 有重要作用 [4]。
传统 Boost 变换器可通过增大主开关的占空比提 升输出电压增益。但是，当主开关的占空比过大时， 将导致开关管的电压应力增加，从而增大开关器件的 损伤和开关损耗，降低变换器的效率和稳定性 [5]。因 此，提出了一种基于开关电容结构的 DC-DC 变换器， 通过增加开关电容单元的数量提升输出电压增益，但 开关电容单元的结构较复杂，需配备相应的辅助元件， 大大增加了拓扑结构和控制策略的复杂度，同时在开 关状态切换时易产生电流尖峰，损害元器件 [6]。基于此， 本文提出了一种新型三电平高增益 DC-DC 变换器，具 有电路拓扑简单、开关管电压应力低、输出电压增益 高及控制简单等优点。
基于UCC3895控制的移相半桥三电平变换器闭环系统
张云安 ， 孙强 ， 王阳 ， 刘宝辉 （ 西安 理 工大 学 自动化 与信 息工程 学 院 ， 陕西 省 西安 ７ ０ ４ ） １ ０ ８
摘 要 ： 出 了移 相 半 桥 三 电平 Ｄ ／ Ｃ变 换 器 闭 环 系 统 设 计 方 案 ， 计 了基 于 ＵＣ ３ ９ 提 ＣＤ 设 Ｃ ８ ５的 电压 外 环 控 制 电路 ， 峰值 电流 内环 及 电流 补 偿 电路 ， 闭环 系 统 进 行 了小 信 号 建 模 。最 后 的 仿 真 和 实 验 结 果 表 明所 设 计 的 对
维普资讯
Ｅ Ｅ Ｔ Ｉ Ｒ ＶＥ ２ ０ Ｖｏ． Ｎｏ ２ Ｌ Ｃ ＲＣＤ Ｉ ０８ １３ ８ ．
电气 传 动 ２ ０ ０ ８年 第 ３ ８卷 第 ２ 期
基 于 ＵＣ ３ ９ 制 的移 相半 桥 三 电平 Ｃ ８ ５控 变换 器 闭环 系统
ｐ ｓ ｄ ｆ ｓ ｌ ，ｔ ｅ ｅ ｉ ｎ ｄ ＵＣ ８ ５ ｃ ｎ ｒ ｌ ｄ ｖ ｌａ ｅ ｏ ｔ ｒｌ ｏ ｉ ｕ ｔ ｅ ｋ ｃ ｒｅ ｔｉｎ ｒｌ ｏ ｉｃ ｉ ａ ｄ ｏ ｅ ｉ ｔ ｒ ｙ ｈ ｎ ｄ ｓｇ ｅ Ｃ３ ９ 一ｏ ｔｏ ｌ ｏ ｔ ｇ ｕ ｅ — ｐ ｃｒ ｉ，ｐ ａ ｕ ｒ ｎ ｎ ｅ —ｏ ｐ ｃｒ ｕ ｔ ｎ ｅ ｏ ｃ
ｃ ｒ ｎｔｃ ｍ ｐｅ ａ ｅ ｕｂ ｃｒ ｕｉ．Ａｎｄ ｔ ｍ ａ ｌｓｇ ｌｍ ｏｄ ｌｏ ｈｅ ｃｏｓ ｄ—ｏ ｐ ｓ ｓ ｅ ｗ ａ ｓａ ｉｈｅ ． Ｆｉ ａ ｕｒ ｅ ｏ ｎｓ ｔ ｄ ｓ — ｉｃ ｔ ｈｅ ｓ ｌ— ｉ ｎａ ｅ ｆｔ ｌ ｅ ｌ ｏ ｙ ｔ ｍ ｓ ｅ ｔ ｂｌｓ ｄ ｎｌ ｓｍ ｕｌｔｏｎ ａｎ ｘｐｅ ｉ ｅ ｅ ｌｓ ｉ ｉａ ｅ ｔ ｅ ｐｅ ｆ ｒ ｉ ａｉ ｄｅ ｒｍ ｎｔｒ ｓｕｔ ｎｄ ｃ ｔ ｈ ｒｏ ｍａｎ ｅｏｆｔ ｌｓ ｄ ｌ ｏｐ ｓ ｔｍ ｓ ｐｒ ｆ ｒ ｂｌ ｃ ｈｅ ｃｏ ｅ —ｏ ｙｓ ｅ ｉ ｅ ｅ ａ ｅ，ｔａ ｆ ｒ ｅｒ ｒ ｎｓ ｏ ｍ
摘 要 ： 出 了移 相 半 桥 三 电平 Ｄ ／ Ｃ变 换 器 闭 环 系 统 设 计 方 案 ， 计 了基 于 ＵＣ ３ ９ 提 ＣＤ 设 Ｃ ８ ５的 电压 外 环 控 制 电路 ， 峰值 电流 内环 及 电流 补 偿 电路 ， 闭环 系 统 进 行 了小 信 号 建 模 。最 后 的 仿 真 和 实 验 结 果 表 明所 设 计 的 对
维普资讯
Ｅ Ｅ Ｔ Ｉ Ｒ ＶＥ ２ ０ Ｖｏ． Ｎｏ ２ Ｌ Ｃ ＲＣＤ Ｉ ０８ １３ ８ ．
电气 传 动 ２ ０ ０ ８年 第 ３ ８卷 第 ２ 期
基 于 ＵＣ ３ ９ 制 的移 相半 桥 三 电平 Ｃ ８ ５控 变换 器 闭环 系统
ｐ ｓ ｄ ｆ ｓ ｌ ，ｔ ｅ ｅ ｉ ｎ ｄ ＵＣ ８ ５ ｃ ｎ ｒ ｌ ｄ ｖ ｌａ ｅ ｏ ｔ ｒｌ ｏ ｉ ｕ ｔ ｅ ｋ ｃ ｒｅ ｔｉｎ ｒｌ ｏ ｉｃ ｉ ａ ｄ ｏ ｅ ｉ ｔ ｒ ｙ ｈ ｎ ｄ ｓｇ ｅ Ｃ３ ９ 一ｏ ｔｏ ｌ ｏ ｔ ｇ ｕ ｅ — ｐ ｃｒ ｉ，ｐ ａ ｕ ｒ ｎ ｎ ｅ —ｏ ｐ ｃｒ ｕ ｔ ｎ ｅ ｏ ｃ
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移相全桥DC_DC变换器双闭环控制系统设计
随着我国电源行业的发展，在中大功率应用场合，采用PWM 控制技术的移相全桥DC/DC 变换器越来越受到人们的关注，随着PWM 控制技术逐渐向高频化方向发展，全球各大集成电路生产商竞相研制出各种新型的PWM 控制器件，其中TI 公司推出的UCC3895是一款具有代表性的移相全桥控制器件。
该器件既可以工作于电流模式也可以工作于电压模式，又可以为谐振零电压开关提供高频、高效的解决方案，具有广阔的应用前景。
这里基于UCC3895设计了移相全桥DC/DC 变换器的双闭环控制系统，并结合实际应用对该系统进行了实验测试。
1移相全桥DC/DC 变换器闭环系统工作原理移相全桥DC/DC 变换器闭环系统结构框图如图1所示。
直流输入电压经过全桥逆变、高频变压器降压、输出侧整流滤波得到所需的直流电压。
四路PWM 波配置为两组，PWM1、PWM2为一组，用来控制全桥逆变模块的超前臂；PWM3、PWM4为另一组，控制滞后臂。
PWM1与PWM2互补，PWM3与PWM4互补，可通过UCC3895设置合适的死区时间。
该闭环控制电路采用峰值电流模式，外环电压调节器的输出作为电流内环的基准，在电流环中对采样的电流进行斜坡补偿，以保证占空比大于50%的时候，系统仍能稳定工作。
电流环的输出作为调制信号，通过脉宽调制电路、移相电路、隔离驱动电路实现对系统的闭环控制[1]。
2闭环控制电路设计2.1控制模式闭环系统采用恒定导通时刻峰值电流控制方式，可以实现逐个脉冲控制，动态响应速度快，稳定性好，并且易于实现限流及过流保护。
工作原理框图如图2所示。
收稿日期：2009-07-04稿件编号：200907017作者简介：宋杰（1985—），男，四川都江堰人，硕士。
研究方向：现代电子技术及其应用。
移相全桥DC/DC 变换器双闭环控制系统设计宋杰（西南大学工程技术学院，重庆400716）摘要:提出移相全桥DC/DC 变换器闭环系统设计方案，基于PWM 控制器件UCC3895设计一个双闭环控制系统，该系统采用电压外环和电流内环的控制方式，在电压环中引入双零点、双极点的PI 补偿，电流环中引入斜坡补偿，结合实际应用对闭环系统进行实验测试，结果表明所设计的闭环系统动态响应快，稳定性好。
电动汽车移相全桥DC-DC变换器研究共3篇
电动汽车移相全桥DC-DC变换器研究共3篇电动汽车移相全桥DC/DC变换器研究1电动汽车移相全桥DC/DC变换器研究近年来，随着环保理念的兴起以及能源问题的日益严峻，电动汽车正逐步成为人们关注的焦点。
而在电动汽车发展的过程中，电池和电机的性能和控制水平是决定其能否商业化、能否长期竞争的关键因素之一。
而作为电池和电机控制的枢纽，电源管理系统也在不断地进化和完善。
在电源管理系统中，DC/DC变换器是电池电压对电机电压进行变换的必要措施之一。
因此，对DC/DC变换器的研究和改进也变得尤为重要。
作为DC/DC变换器的一种常用形式，电气传动系统移相全桥DC/DC变换器因其灵活控制和有利的性能参数而备受研究者青睐。
移相全桥DC/DC变换器含有3个电感和4个开关管，其输出电压可通过改变开关管的导通方式进行控制。
总体来说，移相全桥DC/DC变换器采用了较为灵活的控制策略，且具有输出电压稳定、功率密度大、效率高等优点，因此十分适合应用于电动汽车等领域。
然而，传统的移相全桥DC/DC变换器具有电容电压分布不均、输出电压波动较大等缺陷，这些问题很大程度上受到了开关管的质量、损失以及开关策略的影响。
近年来，研究学者们通过改变开关策略、增加电感等措施来提高移相全桥DC/DC变换器的性能。
以全桥变换器为例，研究者引入了较为复杂的控制策略，如分割电容、交错半砌体等方式来缓解容压分布不均的问题。
然而，这些复杂的方案对于电动汽车等对控制系统稳定性、结构简洁、效率高等要求较高的系统来说不尽合适。
因此，为了进一步提高移相全桥DC/DC变换器的性能，研究者们提出了多种新型控制策略。
例如，采用基于PWM的移相全桥DC/DC变换器的控制系统，采用预计算方法确定电源电路运行状态的控制系统等等。
通过综合利用这些新型技术，使得移相全桥DC/DC变换器的性能得到了显著改善，容压分布与输出电压波动大大降低，这种改进措施有望为电动汽车等领域的应用提供更优秀的解决方案。
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的副边电压损失与负载电流的比值 。 ( 2) 半桥三电平控制 ^ d 对输出滤波电感^ i L 的传 递函数 Gid ( s)
Gid ( s) = ^ iL ( s) ^ d ( s)
^ uI = 0
=
R Lf Rd L f Cs + [ + ( Rd + RC ) C]s + +1 R R
2
N U I ( Cs +
关键词 : 半桥三电平变换器 ;峰值电流模式 ;小信号建模 ;MA TL AB 仿真 中图分类号 :TM133 文献标识码 :A 文章编号 :100529490( 2008) 0621828204 1992 年巴西的 Pinheiro 提出了零电压开关半 桥三电平直流变换器 , 解决了由于采用功率因数校 正 ( Power Factor Correctio n ,PFC) 技术带来功率管 开关应力过高的问题[ 1 ] ; 同时该变换器利用变压器 漏感 ( 或外加谐振电感) 和开关管的结电容实现开关 管的 ZV S , 拓扑结构简单 , 是目前在高压大功率开 关电源中应用最为广泛的变换器拓扑之一 。另外 , 在变换器控制方式上 ,峰值电流模式采用双环控制 , 让电感电流跟踪电压外环误差信号 , 可使系统的稳 定性增强 ,系统动态响应快 , 易于均流等特点 , 是目 前在开关电源控制上应用最为广泛的控制模式 。开 关电源动态分析的关键是建模 , 目前国内外对于移
第6期
张云安 ,孙 强等 : 峰值电流模式的移相半桥三电平 DC/ DC 变换器闭环系统建模研究 占空比 ΔD 的表达式为
1829
相全桥 DC/ DC 开环变换器的建模和分析较为成 熟 [ 122 ] ,但鲜有文献对移相半桥三电平变换器进行建 模分析 ,特别是基于峰值电流模式的该变换器闭环 系统建模分析 。因此 , 本文通过时域推导和频域法 及状态空间平均技术 , 建立了基于峰值电流模式的 移相半桥三电平 DC/ DC 变换器闭环控制系统小信 号模型 ,并给出了闭环系统补偿网络参数的寻优步 骤 ,最后用 MA TL AB 对建立的闭环系统进行了仿 真验证 ,仿真结果表明经过补偿后的变换器闭环系 统具有满意的性能指标 。
第 31 卷 第6期 2008 年 12 月
电 子 器 件
Chinese J our nal Of Elect ron Devices
Vol . 31 No. 6 Dec . 2008
Modeling Study on Closed2Loop System of Phase2Shif ted H alf2Bridge Three2Level DC/ DC Convertor Based on Peak Current Mode 3
ΔD = L r I1 + I2 ( 4) U I T/ 2 把式 ( 2) , ( 3) 代入上式 ,得有效占空比为 UO 2 NL r ( 1 - D) T 2 IL Dff = D - Δ D = D Lf 2 UI T ( 5) 由上式可知 ,有效占空比 Deff 是原边占空比 D 、 输入电压 U I 、 负载电流 IL 的函数 。D 、 UI 、 IL 的扰 动 ,就会产生相应的有效占空比 Deff 扰动 。这样在 半桥三电平存在三种不同扰动^ iL 、 ^ uI 、 d , 使有效占空 ^ 比 Deff 产生相应的三种扰动 ^ di 、 ^ du 、 ^ d d 。对式 ( 5 ) 三个 扰动量分别进行求偏导 , 若负载电流连续且考虑 2 N L r Φ L f ,则 : 4 NL r 4 NL r IL ^ deff = ^ dd + ^ di + ^ du = ^ d ^ iL + ^ u I ( 6) 2
2 Rk T ( mc + m1 )
其中 Fi ( s) =
2 峰值电流模式双闭环传递函数
基于峰值电流模式的双闭环系统反馈网络框图 如图 4 所示 。图中 ue 为电压外环误差调节信号 ,作 为峰值电流内环的给定 。iL 为输出滤波电感电流 , 电流霍尔传感器安装在变压器原边 , 输出滤波电感 电流 iL 经过变压器 、 霍尔传感器 、 信号调理电路 ( 包 括整流 、 放大电路) 的传递变为电压信号 uL ,其代表 了输出滤波电感电流的大小 , 设 uL = Rk iL , 其中 R k 为变压器变比 、 霍尔传感器 、 信号调理电路的传递系 数 。虽然峰值电流模式具备很多优点 , 但也有一个 缺点 ,即当占空比大于 50 %时系统工作不稳定 , 因 此需要进行斜坡补偿 [ 425 ] , 在控制工程上 , 一般取斜 坡补偿信号斜率 mc 大小为电感检测电流的下降率 [6 ] m2 的 75 % 。本系统采取对电流信号进行补偿的 方法 ,设补偿信号为 uC , 它与代表反馈电流大小的 电压信号 uL 进行叠加形成 u′ L , 该信号与电压外环 误差输出信号 ue 进行比较形成 PWM ,通过移相形 成电路实现对系统的闭环控制 。
收稿日期 :2008201224 基金项目 : 教育部重点科学研究计划项目资助 (205154) 作者简介 : 张云安 (19782) ,男 ,讲师 ,硕士 ,主要研究方向为高频大功率开关电源 ,zhyanj @xaut . edu. cn ; 孙 强 ( 19552) ,男 ,教授 ,主要研究方向为大功率开关电源装备研制
Z H A N G Y un2an , S U N Qi an g
3
, W A N G Y an g
( College of A utomation an d I nf ormation Engi neeri n g , X i’ an Uni versit y of technolog y , X i’ an 710048 , Chi na)
Abstract : The technology of PFC is originated f ro m clearance2up of power line harmo nic wave , but it has bro ught fort h t he p ro blem of high st ress of power t ransistor s. The topology of half2bridge Three2Level co nvertor has solved t he p ro blem and suit t he applicatio n of high voltage and large power o utp ut . A s mo st p ractical co nt rol mode in switch power supply systems , Peak2current co nt rol mode is co mpo sed of peak current inner loop and voltage o uter loop . The paper analyzes t he small2signal mo del for p hase2shif ted half2 bridge Three2Level DC/ DC co nverto r firstly , t hen small2signal t ransfer f unctio ns of peak current inner loop and voltage o uter loop are established. Af terwards t he t hesis gives t he do uble2loop system f ramewo rk of t he p hase2shif ted half2bridge Three2Level co nverto r and deduces so me relevant clo sed2loop t ransfer f unc2 tio ns. Design met hod for t he parameter s of t he co mpensatio n net work is p rovided. Finally , t he paper simulates t he established clo sed2loop system by t he sof t ware of MA TL AB. The simulatio n result s verif y t he clo sed2loop system co mpensated has satisf ying performance. Key words :half2bridge three2level convertor ;peak current mode ;small2signal modeling ;MATLAB emulation EEACC :1290 B
1 移相半桥三电平变换器建模
移相半桥三电平 DC/ DC 变换器主电路拓扑如 图 1 所示 ,其中图中的 RC 为输出滤波电容的寄生 等效电阻 。为了方便后面建模公式的书写 , 变换器 直流输入电压大小用 2 U I 表示 , U O 为直流电压输 出 。图 2 为变换器稳态运行时理论分析波形 。vAB 为变换器原边电压波形 , ip 为变压器原边电流波形 , vrect 为变压器副边电压波形 。
峰值电流模式的移相半桥三电平 DC/ DC 变换器闭环系统建模研究 3
张云安 ,孙 强 3 ,王 阳
( 西安理工大学自动化与信息工程拓扑解决了 PFC 技术带来的功率管应力过高问题 ,非常适合于大功率高压输出场合 ,峰值电流模
式采用电压外环 ,电流内环的双环控制 ,是开关电源闭环系统最实用的控制模式 。对移相半桥三电平 DC/ DC 变换器进行了 小信号建模分析 ; 建立了峰值电流内环和电压外环的小信号传递函数 ,在此基础上给出了峰值电流模式的移相半桥三电平变 换器闭环系统结构图 ,推导出相关闭环传递函数 ; 给出了补偿网络参数设计步骤 ; 对建立的双闭环系统模型进行了 MA TL AB 仿真 ,结果表明经过补偿后的闭环系统具有满意的性能指标 。