Buck三電平直流變化器的閉環(huán)控制策略研究

發(fā)布時(shí)間：2020-03-17 23:25

【摘要】：在高壓環(huán)境中,傳統(tǒng)的兩電平開關(guān)變換器開關(guān)管承受的電壓應(yīng)力較大,容易損壞,為了適應(yīng)高壓環(huán)境多電平變換器得到了發(fā)展。降壓型三電平直流變換器是適合于中高壓環(huán)境的變換器,它是在多電平變換器基礎(chǔ)上衍生而來。由于其飛跨電容的作用,使得開關(guān)管承受的電壓應(yīng)力降低,但在變換器穩(wěn)定工作時(shí)飛跨電容上的電壓需要保持穩(wěn)定,針對(duì)飛跨電容電壓的穩(wěn)定問題本文介紹了電壓解耦和谷值電流兩種控制策略。由于Buck三電平直流變換器電路結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),它的電感電流變化率要比傳統(tǒng)兩電平結(jié)構(gòu)要小,影響動(dòng)態(tài)特性的表現(xiàn),另外谷值電流控制時(shí),當(dāng)期望輸出電壓小到一定程度后,電感電流會(huì)出現(xiàn)諧波振蕩,影響變換器的穩(wěn)定性。因此本文針對(duì)Buck三電平直流變換器負(fù)載變化時(shí)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和在谷值電流控制時(shí)消除電感電流諧波振蕩方面進(jìn)行了研究。(1)首先考慮到滑�？刂频膬�(yōu)點(diǎn),利用改進(jìn)的滑模面設(shè)計(jì)Buck三電平直流變換器的雙閉環(huán)控制器,仿真驗(yàn)證控制器有效性和優(yōu)勢(shì)。由于選取滑模參數(shù)時(shí)需要進(jìn)行一定的折衷考慮,無法確認(rèn)變載時(shí)動(dòng)態(tài)響應(yīng)的最好狀態(tài),因此為了使Buck三電平直流變換器變載時(shí)有更好的動(dòng)態(tài)響應(yīng),先改變變換器的電路結(jié)構(gòu),提升變載時(shí)的電感電流變化率,利用電容暫態(tài)時(shí)的充放電平衡設(shè)計(jì)暫態(tài)控制器。由于穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)時(shí)的電感電流變化率不同,在暫態(tài)時(shí)的雙積分器設(shè)計(jì)不能利用電感電流波形的對(duì)稱性,因此借助輸出電容電流求解相應(yīng)暫態(tài)時(shí)間占比的方法得到暫態(tài)控制器。通過仿真驗(yàn)證了控制器的合理性。(2)分析谷值電流控制的Buck三電平直流變換器電感電流產(chǎn)生諧波振蕩原理和條件,針對(duì)傳統(tǒng)的斜坡補(bǔ)償會(huì)對(duì)電感電流的穩(wěn)定工作范圍產(chǎn)生影響問題設(shè)計(jì)一種零動(dòng)態(tài)的斜坡補(bǔ)償控制器,仿真分析通過選擇合適的零動(dòng)態(tài)斜坡補(bǔ)償控制器的參數(shù)能夠使電感電流由諧波振蕩狀態(tài)轉(zhuǎn)變到穩(wěn)定狀態(tài),并根據(jù)雅可比矩陣特征值法給出參數(shù)的合理取值范圍。最后通過仿真驗(yàn)證控制方法的合理性。(3)通過對(duì)諧波補(bǔ)償策略的分析可以知道,諧波補(bǔ)償量隨變換器參數(shù)變化而有一定的變動(dòng),在變換器參數(shù)變化時(shí)固定的斜坡補(bǔ)償量就有可能滿足不了補(bǔ)償需求,為了使變換器參數(shù)變化時(shí)能夠有合適的補(bǔ)償斜坡量,在考慮開關(guān)寄生電阻下,設(shè)計(jì)一種自適應(yīng)斜坡補(bǔ)償電路,并給出變換器控制整體的電路結(jié)構(gòu)。在仿真軟件上搭建控制電路進(jìn)行仿真,驗(yàn)證電路的有效性和可行性。
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