基于DSP的软开关DC-DC变换器智能控制器研究

论文摘要

开关管工作在硬开关状态下,会受到较大的电磁干扰;同时在开关过程中开关管也会承受较大的电压和电流应力,严重时会导致开关管的损坏。为减小开关管在工作时产生的电磁干扰和免受过压过流损坏,其方法就是减小开关损耗。减小开关损耗的方法除了选择高性能的器件外还有就是实现变换器开关管的软开关。本课题以ZVT-Boost变换器作为研究对象,采用PWM控制方式,实现恒定频率控制;辅助电路只是在开关管开关时工作,其他时候不工作,从而减小了辅助电路的损耗;辅助电路不是串联在主功率回路中,而是与主功率回路相并联,这样也减小了主电路的损耗;辅助电路的工作不会增加主开关的电压和电流应力,主开关管的电压和电流很小。目前,多数的软开关变换器采用的是开环控制,这样,虽然电路的主、辅开关可能都实现了软开关动作,但有时容易忽略了输出电压的稳定性问题,抗扰动特性等。所以,本文从这个角度,将闭环控制方式应用到ZVT-Boost变换器中,使变换器在实现软开关工作的同时保证了输出性能。本文先从常规控制PID控制方式入手,在主电路拓补的基础上构建双闭环控制,分析其工作原理并搭建仿真模型,通过仿真结果验证理论的可行性。为了能获取更好的控制效果本文还从智能控制——神经网络方面结合PID控制律做出理论分析并对变换器进行仿真实验验证,仿真结果表明在神经网络PID控制下系统具有很好的输出精度及适应环境变化的能力。通过在本课题建立的实验板上的实验,再次验证了智能控制方式的优越性。为软开关的智能控制方式的研究拓展了思路。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究背景和依据
• 1.1.1 软开关技术的发展和简单介绍
• 1.1.2 DC-DC 变换电路的典型拓补
• 1.1.3 零电压转换（ZVT）PWM 变换器
• 1.2 常用的控制方法
• 1.2.1 双线性理论
• 1.2.2 鲁棒控制
• 1.2.3 滑模变结构控制
• 1.2.4 自适应控制
• 1.2.5 智能控制
• 1.3 课题的提出
• 1.4 论文主要的研究内容
• 第二章 ZVT-BOOST 软开关变换器的工作过程分析
• 2.1 ZVT-BOOST 变换器工作过程分析
• 2.1.1 开关模态1
• 2.1.2 开关模态2
• 2.1.3 开关模态3
• 2.1.4 开关模态4
• 2.1.5 开关模态5
• 2.1.6 开关模态6
• 2.1.7 开关模态7
• 2.2 本章小结
• 第三章 ZVT-BOOST 变换器PID 控制方式研究
• 3.1 PID 控制原理概述
• 3.2 主电路的参数设计
• 3.2.1 输出滤波电容的参数选择
• 3.2.2 储能电感的参数选择
• 3.3 辅助电路的参数设计
• r 的设计'>3.3.1 C_r的设计
• a 的设计'>3.3.2 L_a的设计
• 3.4 ZVT-BOOST 双闭环控制原理
• 3.5 PID 控制器参数整定——临界灵敏度法
• 3.6 PID 仿真参数及仿真结果分析
• 3.7 本章小结
• 第四章 ZVT-BOOST 变换器的神经网络PID 控制
• 4.1 神经网络技术概述
• 4.2 神经网络PID 控制器的设计
• 4.2.1 神经网络PID 控制器的结构
• 4.2.2 学习算法
• 4.2.3 神经网络PID 控制器设计
• 4.3 仿真结果分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 基于DSP 的软开关DC-DC 变换器控制器硬件设计和实现
• 5.1 主电路参数设计与器件选择
• 5.1.1 设计指标
• 5.1.2 谐振参数的选择
• 5.1.3 主回路器件参数的选择
• 5.1.4 开关器件的选择
• 5.2 控制电路
• 5.2.1 控制芯片TM5320LF2407 简介
• 5.2.2 控制方案
• 5.2.3 单稳态触发电路的设计
• 5.3 驱动电路
• 5.3.1 功率MOSFET 栅极驱动的要求
• 5.3.2 TLP250 介绍
• 5.4 电压电流检测回路设计
• 5.5 辅助电路设计
• 5.6 实验结果
• 5.7 基于DSP 的ZVT-BOOST 变换器神经网络控制器的软件设计
• 5.7.1 主程序设计
• 5.7.2 神经网络算法设计
• 5.7.3 实验结果
• 5.8 本章小结
• 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文