双向DC—DC变换器及其控制方法研究

2015-05-30 21:20段双明
中小企业管理与科技·上旬刊 2015年11期
关键词:仿真建模

摘 要:为提高分布式电源的稳定性和效率,本文主要研究了双向DC-DC变换器的结构和控制算法,更具功率的大小,确定本文的主电路。根据传统的相移控制方式,提出双重相移控制方式。在PSCAD仿真软件中搭建仿真模型,用仿真结果验证理论的正确性。最后给出相应的结论:基于全桥的双向DC-DC变换器具有一定的可行性,对今后DC-DC研究领域奠定了一定的理论基础。

关键词:双向DC-DC变换;建模;仿真

1 概述

直流變换器是开关电源的重要主成部分,随着科技的发展,人们的开关电源的要求越来越高,尤其是它的体积,重量等。本论文主要是研制80V到600V的输入输出移相全桥DC-DC变换器。电路拓扑选择和控制方案确定等方面入手,着重分析了双重移相全桥技术,在此基础上给出了相应的仿真电路和数学建模。

2 变换器拓扑主电路及控制方案选择

本论文主要研究80V到600V的双向DC-DC大功率传输,因此鉴于双向桥式DC-DC变换器反应快,传出功率范围大等优点。本变换器的主功率电路采用的是带隔离变压器的双向全桥DC-DC变换器拓扑结构。

为了减小双向全桥DC-DC变换器的功率环流和电流应力,本文在传统移相控制方法的基础上提出一种双重移相控制方法,与传统的控制方法相比,具有更小的功率环流以及电流应力,同时使得传输功率的调节范围扩大,灵活性增强。

3 桥式变换器工作原理及建模分析

双向桥式直流变换器的工作过程,通过控制前后桥的方波的相角,实现对串联电感两端电压的大小的控制,实现能量的双向移动。本文提出的双重移相原理如图1,通过在U1侧全桥中引入移相控制,在t0─t1及t3─t4时间段内,变压器原边侧电压为0,即回流功率为0。进而减小了回流功率,在传输功率一定时,具有更小的电流应力以及通态损耗,提高了传输效率。

4 基于PSCAD的双向桥式DC-DC变换器仿真

在仿真过程中,由于对电路的工作原理以及仿真软件的应用还不是很清晰,所以采取的逐步仿真的方式,即将电路拆解,分块仿真,验证各个模块的工作原理。最后将电路组合,进行整体仿真,验证仿真结果的正误。

首先是探究怎样给出可控的开关管触发信号。在PSCAD软件中没有本课题探究的控制信号,所以只能根据软件中给的自定义模块编写程序,建立相应的模块如图2所示:

其中左边是产生控制信号的,右边是控制产生信号外相移和内相移的,即Td为控制外相移,Ta为控制内相移。建立内外相移的目的是:在仿真过程中可以在线调节参数,控制内外相移,从而达到调节输出量目的。

仿真双向桥式结构电路。根据第四章的控制原理建立仿真模型。相关参数有:串联电感L=5uH,直流电容为C1 = C2 = 3300uF,变压器变比为n1:n2=2:1,开关频率为fs = 10kHz,则一个周期的长度为100us。当前桥外相移为0,内相移为22us;后桥外相移为9us,内相移为5.5us时,输入电压为600V,输出电压为80V。如图3所示。

当前桥外相移为0,内相移为10us;后桥外相移为9us,内相移为1.5us时,输入电压为80V,输出电压为600V。如图4所示。

5 结论

本文主要对双向DC-DC变换器的结构进行了深入的研究,并根据高低压和传输功率的大小对相关的拓扑结构进行了分析,最后得出本文合适的双向桥式DC-DC变换器结构。确定硬件电路和控制方案后,根据其工作原理进行数学建模,计算并分析结果。之后用PSCAD电力电子仿真软件搭建电路模型,进行仿真,用仿真验证了理论的正确性。最后得出相关的结论。

参考文献:

[1]G..C.Hua,C.S.Leu,and FC.Lee,“Novel zero-voltage-transition PWM Converters”Proceedings of VPEC,1992:33-39.

[2]Bing Lu,Wenduo Liu,Yan Liang,Optimal Design Methodology for LLC Resonant Converter.IEEE Transactions on Energy Conversion,2006:533-538.

[3]陈丽茹,周力凡,邓钢.伺服变频器中的电力电子系统的设计与计算[J].东北电力大学学报,2013,33(5):47-50.

作者简介:

段双明,1984年10月,男,吉林长春人,汉族,研究生学历,东北电力大学助理实验师,工作及研究方向:电力电子技术。

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