本文關(guān)鍵詞：高溫環(huán)境Buck變換器的建模與控制方法研究

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【摘要】：隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展,電力電子電路被廣泛應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、新能源系統(tǒng)以及國防科技等領(lǐng)域。其中,諸如石油和天然氣工業(yè)、汽車工業(yè)、航空航天業(yè)等許多領(lǐng)域需要電路系統(tǒng)可靠工作在高溫環(huán)境。由于在高溫環(huán)境中,器件參數(shù)和特性會發(fā)生改變,從而導(dǎo)致整個(gè)電路模型和效率的改變,基于常溫參數(shù)設(shè)計(jì)的控制器控制效果也會隨溫度發(fā)生變化。因此對高溫環(huán)境下器件建模、電路特性以及高適應(yīng)性控制算法的研究具有重要意義。本文以Buck變換器為研究對象進(jìn)行了深入研究。首先,本論文建立了Buck變換器中IGBT、鋁電解電容以及磁性元件的溫度模型。詳細(xì)介紹了IGBT的數(shù)理模型,找到了IGBT器件電特性與內(nèi)部參數(shù)之間的關(guān)系,分析了半導(dǎo)體參數(shù)的溫度特性,在此基礎(chǔ)上得到了IGBT的溫度模型。接著,以鋁電解電容和磁性元件等效電路模型為基礎(chǔ),分析了器件參數(shù)隨溫度變化的特性,得到了鋁電解電容和磁性元件的溫度模型。然后,本文在器件溫度模型的基礎(chǔ)上,分析了溫度變化對輸出紋波的影響,建立了寬范圍溫度變化下的Buck變換器小信號模型和損耗模型,在此基礎(chǔ)上分析了溫度變化對變換器頻率特性的影響,以及溫度變化對變換器各部分損耗的影響。為了提高溫度變化情況下變換器的效率,本文采用頻率優(yōu)化的方法并通過Matlab仿真得到頻率優(yōu)化控制表。針對開關(guān)頻率變化以及器件參數(shù)變化導(dǎo)致的定參數(shù)PID控制器控制效果變差的問題,本文進(jìn)一步采用基于繼電反饋的參數(shù)自整定控制方法,提高系統(tǒng)的動態(tài)特性。通過PSIM軟件仿真證明,相比定參數(shù)PID控制,在寬范圍溫度變化下采用繼電反饋的參數(shù)自整定控制方法,系統(tǒng)具有更好的動態(tài)特性,對參數(shù)變化和負(fù)載擾動具有較好的適應(yīng)能力。最后,本文采用TI公司的TMS320F28035作為控制芯片,設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件電路,編寫程序完成系統(tǒng)控制。將主電路板放入恒溫箱中進(jìn)行溫度實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了本文提出控制方法的可行性和正確性。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TM46

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本文編號：1154895