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数字控制型双向DC/DC变换器的研究

作 者: 艾国昌
导 师: 吕振
学 校: 辽宁工程技术大学
专 业: 电力电子与电力传动
关键词: 双向DC/DC变换器 软开关 预测修正 参数模糊自适应PID控制器
分类号: TM46
类 型: 硕士论文
年 份: 2009年
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内容摘要


双向DC/DC变换器,可以在需要能量双向流动的场合代替两个并联的单向DC/DC变换器,可以减小设备体积和重量,降低成本。符合当今电源系统小型化,低成本,高频化和高效化的发展趋势。本文首先阐述了双向DC/DC变换器的概念、原理,并结合其应用场合描述其具体工作方式,接着针对直流不间断电源的要求设计了一种正向推挽升压,反向全桥降压的拓扑结构,可以实现软开关。当处于正向工作模式时,随着低压侧开关管交替导通,高压侧的串联谐振实现电流过零,这时低压侧的电流几乎为零,从而实现了软开关;当处于反向工作模式时,在相移全桥的基础上在输出续流回路中引入了辅助电感,通过续流时产生感应电动势使原边电流复位,从而实现零电流关断。并应用Pspice仿真软件对电路原理分析进行仿真验证。本文还研究了针对该拓扑结构的带预测修正的参数模糊自适应PID控制方法,并对控制效果进行了仿真验证。参数模糊自适应PID可以使PID控制参数针对当前输出信号的变化进行在线调整,通过对下一周期输出值的修正预测能够补偿控制器的滞后时延,该预测值考虑当前的不确定环境因素可以提高预测精度。最后以TI公司的TMS320LF2407DSP为控制芯片,进行了软件设计。实验样机输出的稳定波形验证了本文的双向DC/DC变换器的可行性。

全文目录


致谢  4-5
摘要  5-6
Abstract  6-10
1 绪论  10-21
  1.1 双向DC/DC 变换器概述  10-11
  1.2 双向DC/DC 变换器的应用场合  11-13
  1.3 双向DC/DC 变换器的研究现状  13-19
    1.3.1 双向DC/DC 变换器拓扑结构  13-15
    1.3.2 双向DC/DC 变换器控制方式  15-18
    1.3.3 软开关技术在双向DC/DC 变换器中的运用  18-19
  1.4 本文的主要工作和研究意义  19-21
    1.4.1 本文的主要工作  19
    1.4.2 本文的研究意义  19-21
2 双向DC/DC变换器的工作原理  21-34
  2.1 引言  21
  2.2 工作原理分析  21-30
    2.2.1 正向推挽Boost 变换器模式  22-25
    2.2.2 反向全桥Buck 变换器模式  25-30
  2.3 仿真分析  30-33
  2.4 本章小结  33-34
3 双向DC/DC 变换器主电路元件设计  34-43
  3.1 引言  34
  3.2 高频变压器的设计  34-37
    3.2.1 高频变压器磁芯的选型  34-36
    3.2.2 变比和原副边绕组匝数的确定  36-37
  3.3 主电路中关键参数的设计  37-38
    3.3.1 谐振元件的设计  37
    3.3.2 辅助电感设计  37
    3.3.3 输出电容设计  37-38
  3.4 功率开关管的选取  38-39
    3.4.1 升压电路的主功率管的选择  38-39
    3.4.2 降压电路主功率管的选择  39
  3.5 双向DC/DC 变换器中变压器的偏磁问题  39-41
    3.5.1 推挽DC/DC 变换电路的偏磁问题  39-40
    3.5.2 全桥DC/DC 变换电路的偏磁问题  40-41
    3.5.3 常用避免偏磁的方法  41
  3.6 本章小结  41-43
4 双向DC/DC 变换器控制算法研究  43-56
  4.1 引言  43
  4.2 数字PID 控制器  43-45
    4.2.1 数字PID 原理  43-44
    4.2.2 数字PID 算法  44-45
  4.3 参数模糊自适应PID 控制  45-51
    4.3.1 参数模糊自适应PID 控制的原理  45-47
    4.3.2 隶属度函数的确定  47-48
    4.3.3 参数模糊规则表的设计  48-51
  4.4 修正预测控制算法  51-52
  4.5 控制算法仿真  52-55
  4.6 本章小结  55-56
5 软件设计  56-65
  5.1 引言  56
  5.2 基于TMS320LF2407 芯片的数字化控制系统的实现  56-60
    5.2.1 TMS320LF2407 芯片简述  57
    5.2.2 驱动电路设计  57-58
    5.2.3 采样电路设计  58-60
  5.3 系统软件设计  60-63
    5.3.1 采样频率的选择  60
    5.3.2 PWM 及直接移相脉冲的产生  60-61
    5.3.3 主程序流程设计与分析  61-63
    5.3.4 算法程序流程  63
  5.4 实验结果  63-64
  5.5 本章小结  64-65
结论  65-66
参考文献  66-68
作者简历  68-70
学位论文数据集  70-71

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 变压器、变流器及电抗器 > 变流器
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