串联谐振DC/DC变换器的最优轨迹控制

论文摘要

随着电力电子技术的发展,谐振DC/DC变换器因具有开关损耗小,效率高,开关元件应力小、EMI小等优点,在大功率和高功率密度应用领域越来越受到重视。谐振DC/DC变换器要想获得优越的性能,不仅仅要依靠其拓扑结构,控制方法也同样起着重要的作用。目前常用的控制方法主要有:传统变频控制、移相控制、自持振荡控制、自持振荡移相控制和最优轨迹控制等。本课题的主要研究内容便是基于状态平面分析法的最优轨迹控制原理在全桥串联谐振DC/DC变换器中的应用。串联谐振DC/DC变换器的最优轨迹控制法分为变频最优轨迹控制和定频最优轨迹控制两种,而以上两种情况又分别包含了开关频率低于谐振频率f S < fO和开关频率高于谐振频率f S > fO两种工作状态。本文首先介绍了全桥串联谐振DC/DC变换器八种工作模式下的等效电路,并对其状态平面进行了分析。随后构建了变换器在四种工作状态下(变频和定频各两种)的稳态状态平面轨迹图,在此基础上推导出相应的控制法则,并对控制法则进行了“近似线性”的化简,提高了系统的鲁棒性。为了对比说明最优轨迹控制可以使系统在最短的时间内达到稳态,即暂态响应速度快,本文又对串联谐振DC/DC变换器的移相控制法进行了简要的介绍。最后通过仿真验证了上述原理分析。本课题的相关实验电路全部使用模拟器件搭建。在文中除了介绍主电路参数选择外,还分别介绍了最优轨迹控制和移相控制的控制电路设计,并搭建了移相控制,变频最优轨迹控制和定频最优轨迹控制三个控制电路的实验平台,给出了相关的实验结果,验证了电路工作原理和分析的正确性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 串联谐振 DC/DC 变换器概述和分类
• 1.3 串联谐振变换器的控制方法
• 1.3.1 传统变频控制（VF）
• 1.3.2 移相控制（PSM）
• 1.3.3 自持振荡控制（SSOC）
• 1.3.4 自持振荡移相控制（SSPSM）
• 1.3.5 滑模变结构控制（SMVSC）
• 1.3.6 最优轨迹控制（OTC）
• 1.4 本课题的研究内容
• 第2章 串联谐振变换器工作原理及状态平面分析法
• 2.1 串联谐振变换器工作原理
• 2.2 串联谐振变换器的三种工作状态分析
• 2.3 状态平面分析法
• 2.3.1 串联负载型串联谐振电路的状态平面轨迹
• 2.3.2 并联负载型串联谐振电路的状态平面轨迹
• 2.4 本章小结
• 第3章 变频串联谐振变换器的最优轨迹控制
• 3.1 变频串联谐振变换器的状态平面分析
• 3.2 串联谐振变换器瞬态特性限制
• 3.3 变频串联谐振变换器的最优轨迹控制原理
• 3.3.1 两种工作状态分析
• 3.3.2 最优轨迹控制法则推导和实现
• 3.4 仿真验证
• 3.5 本章小结
• 第4章 定频串联谐振变换器的最优轨迹控制
• 4.1 引言
• 4.2 定频串联谐振变换器的状态平面分析
• 4.3 定频串联谐振变换器的最优轨迹控制原理
• 4.3.1 两种工作状态分析
• 4.3.2 最优轨迹控制法则推导和实现
• 4.4 仿真验证
• 4.5 本章小结
• 第5章 实验结果及分析
• 5.1 串联谐振变换器LC 参数的选择考虑
• 5.1.1 谐振电感设计
• 5.1.2 谐振电容设计
• 5.1.3 输出滤波电容设计
• 5.2 最优轨迹控制电路设计
• 5.2.1 信号采样电路
• 5.2.2 峰值检测电路及乘法器电路
• 5.3 移相控制电路设计
• 5.4 系统实验波形及分析
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介