数字控制三相桥双向DC/DC变换器的研究

论文摘要

随着科技和生产的发展,对双向DC/DC变换器的需求日益增多。双向DC/DC变换器是能够根据需要调节能量双向传输的直流到直流的变换器,主要应用在直流不停电电源系统、航天电源系统、直流电机驱动系统、电动汽车等场合。由于数字控制技术有诸多优点,数字控制技术将是DC/DC变换器系统的未来发展方向之一。本课题研究的出发点是将DC/DC变换器的高频化和数字化相结合。首先,本文介绍了PWM和移相相结合的控制(PPS控制)技术,该技术能在较大范围实现软开关。其次,分析了三相有源桥ZVS双向DC/DC变换器的工作原理和控制策略。在相同的输出功率,输入、输出电压和频率下,对三相拓扑和单相拓扑的元件应力进行对比,结论表明:三相拓扑可减小元件的电流、电压应力,大大提高功率密度。再次,对不同数目绕组和磁芯结构的三相电感建立了回转器—电容模型,对比其相电流纹波,并对五芯柱和三芯柱的三相电感的电感值进行比较,结论表明:本文提到的五芯柱五绕组的三相耦合电感相比其他结构的三相电感有极大的优越性。另外,利用matlab对系统进行了开、闭环仿真。最后,构建了基于TI公司的TMS320LF2407 DSP以及Altera公司EPM1270T144C5 CPLD的数字控制硬件平台,DSP作为控制核心,实现控制算法的调节,CPLD实现驱动信号的时序和逻辑控制,以输出电压作为反馈信号构成单闭环电压型控制系统,附加外围电路,构成三相有源桥双向DC/DC变换器的数字控制系统。采用DSP和CPLD配合控制的方法,利用PI调节移相角达到输出电压恒定的控制策略,实现能量的双向流动。完成了基于DSP和CPLD配合控制的双向DC/DC变换器样机的硬件电路设计和软件控制算法,并研发了一台输出功率为360W的样机。仿真和试验结果验证了理论分析的正确性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 双向DC/DC 变换器的原理及应用前景
• 1.2 国内外双向DC/DC 变换器的研究现状概述
• 1.3 双向DC/DC 变换器软开关技术发展历程
• 1.4 开关电源实现数字化的优势和弊端
• 1.5 本文的选题意义、主要研究内容和创新点
• 2 三相有源桥ZVS 双向DC/DC 变换器
• 2.1 移相加PWM 复合控制双向DC/DC 变换器的原理
• 2.2 移相控制技术的实质
• 2.3 三相有源桥ZVS 双向DC/DC 变换器的工作原理
• 2.4 三相有源桥ZVS 双向DC/DC 变换器的控制策略
• 3 移相控制三相桥双向DC/DC 变换器系统仿真及波形
• 3.1 移相控制双向DC/DC 变换器的仿真参数设计
• 3.2 移相控制双向DC/DC 变换器在升压工作模式下的仿真波形
• 3.3 移相控制双向DC/DC 变换器在降压工作模式下的仿真波形
• 4 360W 移相控制三相有源桥双向DC/DC 变换器样机设计
• 4.1 硬件电路设计
• 4.2 软件设计
• 4.3 样机照片
• 5 实验结果及分析
• 5.1 移相控制双向DC/DC 变换器的驱动波形
• 5.2 移相控制双向DC/DC 变换器的实验波形
• 5.3 实验数据
• 全文总结
• 致谢
• 参考文献