关键字 |
| 交叉推进,高加强直流-直流转换器,PID控制器。 |
介绍 |
| 交叉连接的方法添加额外的电路在输入和输出之间的主电路以实现总体效率的增加和转换器的输出电压和在输入纹波和输出纹波也减少。 |
| 交叉并不是一个新技术之前只是用于buck变换器拓扑结构和有很多论文描述多相巴克转换器的使用,特别是在高性能大功率应用[1,2,3]。然而,所有交叉的优势,如更高的效率,增加输出电压和减少输入和输出纹波电压/电流,也意识到在提高拓扑。大多数巴克控制器使用的应用程序同样适用于当配置为使用交叉提高应用程序。在[4]多相巴克转换器由PID控制。 |
文献综述 |
| 现在一天的交叉高加大电源转换器已广泛应用于太阳能光伏发电电动汽车由于其高功率密度和功率因数校正和快速动态响应[5],[6]。传统提高转换器的输入纹波电流成反比其输入电感值[7],这意味着一个大电感值将导致低输入电流纹波;然而,大的电感值增加电容器的总重量必须使用低ESR [8]。交叉平行结构已经应用在许多高功率密度的应用[9]-[10]为了减少输入电流纹波,减少被动组件大小,改善瞬态响应,提高功率。的倍频特征交叉结构可以显著降低输出电容值和输入纹波电流转换器,但输入电源的质量仍将恶化的输入电流纹波尤其是大电流应用[11]。耦合线圈IBC在[12]-[13]提出使用耦合线圈来实现输入电流纹波取消,和他们的应用程序可以在[14]。然而的漏电感耦合线圈增加输出二极管的电流应力,引入额外的EMI问题。IBC的软开关电路提出了[15]。这是一个有吸引力的解决方案,以避免耦合线圈的主要缺点;然而,这个电路太复杂的控制策略,不划算的另一方面,因为小电感值增加电容器的转换器的损失。 |
| 这些缺点是可以克服的交叉高加强直流-直流变换器由两个提高转换器连接交叉结构实现高升压voltage-conversion比没有极端的责任比和众多turns-ratios耦合线圈,减少输入电流纹波和更高的效率,减少上升时间和稳态误差。 |
提出了转换器 |
| 该转换器是图1所示。两个提高转换器的提议转换器妥协彼此连接的形式交错结构和反馈的PID控制器。 |
| 该变换器由两个耦合电感的T1和T2与浮动活跃开关S1, S2,有两个初级绕组N1, N3耦合电感的T1, T2都是类似传统提高转换器的输入电感,电容C1, C3和二极管D1, D3接收从N1和漏电感能量N3。二次绕组N2,陶瓷耦合电感T1和T2与另一个电容C2, C4和二极管D2, D4串联以N1和N3为了进一步扩大提高电压。其输出整流二极管D5连接电容器C5。 |
| 交叉高加大电源转换器显示在图1。这是两个阶段操作意味着它是两个提高转换器的妥协。这些提高转换器具有相同的参数和工作原理操作180度的阶段。两个电流的输入电流和输入电流在两个路径I1和I2分手。这两个转换器操作在不同的阶段。打开他们将供应时产生的纹波电流泄漏电感Lk1 Lk3但由于两个转换器操作并行阶段在不同的阶段,输入纹波电流iLk1和ilk3相互抵消,减少输入纹波电流,提高电感引起的。因此他们会提高总体效率比单一提高转换器。这里的两个转换器阶段结合输出电容器C5输出电容器电流是两个二极管电流的总和,Id2 + Id4 -输出电压电流Iout,这减少了outputcapacitor涟漪,Icout那么有效的脉动频率是翻了一倍,使纹波电压减少容易得多。和输出二极管的电压D5和两个二极管电压Vd2 + Vd4。 |
| PID控制器显示在图1中是一个通用的控制回路反馈机制广泛应用于工业控制系统。PI控制器试图纠正这个错误测量的过程变量和想要的设置点通过计算然后输出相应的纠正措施,可以调整过程。比例项使得输出的变化与当前的误差值成正比。比例的反应可以调节误差乘以一个常数的值,Kp称为比例增益,积分项使稳态误差降低为零,这不是proportional-only控制一般。积分项正比于误差的大小和持续时间的错误。积分项的贡献的大小对整个控制动作是由获得Ki积分。微分控制(Kd)会增加系统的稳定性的影响,减少超调,改善瞬态响应,输出电压和基准电压总结在一起,给了PID控制器。PID控制器的输出总结和三角形脉冲控制脉冲的MOSFET。 |
| 该变换器具有两个特点: |
| 1)连接的两双电感,电容,二极管给一个大型升压voltage-conversion比率; |
| 2)的leakage-inductor能量耦合线圈可以回收,从而增加效率和抑制有源开关电压应力。 |
| 理想的版本的PID控制器给出的公式 |
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| 为了简化该转换器的电路分析与提高阶段,以下假设。 |
| (1)耦合线圈T1和T2被表示为一个磁化电感Lm & Lm1。 |
| (2)Lk1 & Lk2主要和次要漏电感的耦合线圈T1。 |
| (3)Lk3 & Lk4主要和次要漏电感的耦合线圈T2。 |
| (4)所有组件的理想,除了的漏电感耦合电感T1, T2被考虑。开态电阻RDS(上)和所有寄生参数的主要开关S1被忽视,就像二极管D1∼D5的正向电压下降。 |
| (5)电容C1∼C5足够大,电压在他们被认为是常数。 |
| (6)电容C1的ESR∼C5和耦合电感的寄生电阻T1, T2是被忽视的。 |
转换器的操作原则 |
| 在这一节中提出的五个操作模式转换器在简短的解释,工作原理,详细给出了连续导电模式(CCM) . .有五个操作模式切换时间。如下描述的操作模式。 |
| 模式——我(T0 - T1) |
| 图2(一个)显示模式1中提出转换器操作。在这个过渡区间,当S1和S2在国家磁化电感Lm & Lm1不断指控电容C2 &通过T1和T2 C4。源电压Vin穿过磁化电感Lm, Lm1和初级漏电感Lk1 Lk3。磁化电感Lm & Lm1转移它的能量通过耦合线圈T1和T2充电开关电容C2和C4。由于当前ILm & ILm1减少 |
| 模式- II (T1, T2) |
| 图2 (b)显示提出转炉操作模式2后,这个过渡区间源电压Vin穿过磁化电感Lm, Lm1,初级漏电感Lk1 Lk3和初级绕组N1 &与二次绕组N2和N3和行为系列陶瓷的耦合线圈T1和T2,电容C1, C2, C3和C4。磁化电感Lm & Lm1也从Vin接收能量。终于出院的能量输出电容器C5和负载R。由于当前ILm & ILm1 Ilk1 & Ilk3整流二极管电流Id5正在增加。这种模式开关S1和S2关闭时结束。 |
| 模式- III (T2 - T3) |
| 图2 (c)显示提出转换器操作模式3后,这个过渡区间开关S1和S2处于关闭状态,能量的二次漏电感Lk2 & Lk4系列与C2 & C4充电输出电容器C5和负载r .能源存储在主漏电感Lk1 & Lk3流过二极管D1和D3充电电容C1和C3。Ilm和Ilm1增加因为磁化电感Lm,从Lk1 & Lk3 Lm1接收能量。二极管D1和D3正在进行。这种模式结束时泄漏电流ILk2 & ILK4减少为零。 |
| 模式- IV (T3 - T4) |
| 图2 (d)显示提出转炉操作模式4后,这个过渡区间的泄漏能量泄漏电感Lk1 & Lk2流过二极管D1和D3保持充电电容C1 & C3由于电流ILk1 ILK3 ID1, ID3不断减少。Lm & Lm1交付其能源通过T1, T2和D2, D4充电电容C2和C4。二极管D1、D2、D3、D4正在进行。能量存储在输出电容器C5不断排放到负载R。这些能量转移导致减少ILk1, ILK3 ILm, ILm1但增加ILk2 & ILk4这模式结束当当前ILk1和ILK3达到零。 |
| 模式- V (T4, T5) |
| 图2 (e)显示提出转炉操作模式5后,这个过渡区间磁化电感Lm & Lm1 C2 & C4不断地释放它的能量。二极管D2正在进行。磁化电感能量流经的二次绕组耦合线圈N2,陶瓷和D2, D4继续充电电容C2。结果是iLm & iLm1减少。能量存储在电容器C3不断排放到负载R。这种模式下打开开关S1时结束。 |
STEADY-STATEANALYSIS PROPOSEDCONVERTERS的 |
| 简化稳态分析中,只考虑CCM模式II和第四操作,和漏电感在二级和初级边是被忽视的。下面的方程可以写从图3 (b): |
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| [10]和[11]都是采用耦合电感器拓扑作为提振类型转换器集成耦合线圈;这种技术类似于该转换器的技术。 |
| 在CCM操作期间,S1, S2的电压应力和D1∼D4 |
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仿真模型。提出了转换器 |
| 提出的变换器的仿真软件模型图3所示。它由绕组的N1, N3和N2,陶瓷的初级和次级绕组耦合线圈T1, T2类似传统提高转换器的输入电感,和LK1 LK2 LK3 LK4漏电感和Lm1 Lm2磁化电感。二极管D1和D2 D3 D4和D5电容C1 C2 C3 C4 C5。电容C1 C3和二极管D1 D3接收从N1 N3漏电感能量。耦合线圈的二次绕组N2陶瓷T1 T2与另一个电容C2 C4和二极管D2 D4,串联以N1 N3为了进一步扩大提高电压。其输出整流二极管D5连接电容器C5。转换器的输出与参考电压和由此产生的错误总结的pi控制器。PID控制器的输出是总结和三角形脉冲后美联储作为mosfet开关控制脉冲。Powergui块是必要的任何仿真软件的仿真模型包含SimPowerSystems™块。它是用来存储代表了状态方程的等效电路模型的模型。 Here the powergui used is in continues form. IT also consists of voltage measurement and current measurement block measures the instantaneous voltage and current between two electric nodes. The output provides a Simulink® signal that can be used by other Simulink blocks. |
结果 |
| 电气规范Vin = 15 V,签证官= 250 V, Fs = 50 kHz, RL = 1000Ω。C1 = C2 = C3 = C4 = 47μf C5 = 220μf。N = 8 D派生55%,P = 0.001, = 0.001 |
| 图4显示了电压二极管D1、D2、D3、D4。x轴和y轴代表时间间隔,以秒为单位代表在伏电压。从图5可以观察到电压二极管D1, D3 240 v电压二极管D2, D4是80 v。电压的二极管可以计算方程(20)和(21) |
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| 图5显示电压电容C1, C2, C3和C4。x轴和y轴代表时间间隔,以秒为单位代表在伏电压。从图5可以发现电压电容C1,电容C2, C3是240 v电压C4是9 v。电压的电容器可以计算方程(14)和(15)。 |
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| 图7显示了该变换器的输出电压。x轴和y轴代表时间间隔,以秒为单位代表在伏电压。从图6可以发现提出的变换器的输出电压是250 v。电压增益和效率可以通过方程计算22和23个。 |
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| 因此,观察从方程(22)没有极端责任比率和众多turns-ratios耦合线圈,这个转换器达到一个高的升压voltage-conversion比率;漏电感的能量耦合线圈的有效回收负载和他们非常低纹波的内容输出。 |
结论 |
| 本文介绍并开发了一个交叉高加强与PID控制器的直流直流变换器。拟议中的交叉高加强直流-直流变换器模型与PID控制器使用仿真软件建模,仿真和实验结果表明,交叉连接实现减少输入纹波电流和耦合电感的能量回收的漏电感,所选择的电压应力在有源开关S1, S2是受限的,这就意味着低开态电阻RDS(上)可以选择。因此,改进取得了该转换器的效率。从转换器,匝比n = 8和责任比D是55%;因此,没有极端的责任比例,比率,该变换器实现升压电压增益高,同时减少上升时间和稳态误差是由于使用PID控制器的反馈。实验结果表明该变换器的效率是97%。 |
数据乍一看 |
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引用 |
- Shrud, h . Kharaz阿舒尔,A·法里斯和m . Benamar“交叉Buck变换器的建模与仿真研究”,1日PowerElectronic&驱动系统和技术会议,页面(s): 28 -35, 2010
- Yabin张PaolBagnoli,埃米利奥·弗兰。“理论设计紧凑的多阶段交叉巴克AutomotivePower应用直流-直流转换器”国际研讨会上电力电子,电气驱动,自动化和运动(SPEEDAM), 2012年,页:1324 -1329。
- 汶南郭,Praveen k . Jain,“电压模式控制阶段电流平衡的分析和建模技术,多相VoltageRegulator功率高频动态负载”应用电力电子会议和博览会,2009年。2009年亚太经合组织。Twenty-FourthAnnual IEEE页:1190 - 1196。
- j。李,B.-D。分钟,T.-J。金,D.-W。Yoo和J.-Y。柳,”设计的新颖的拓扑结构和控制光伏直流/直流转换器与效率高宽负载范围,”j .电力电子。,9卷,不。2,页300 - 307,2009年3月。
- o . Hegazy j . Van Mierlo p . Lataire”正如交叉的分析、建模和实现燃料CellHybrid电动汽车直流/直流转换器,“IEEE反式。电力电子。,27卷,不。11日,页。4445 - 4458年,2012年11月。
- 埃里克森R。,Maksimovic D., Fundamentals of Power Electronics. Second Edition, USA: Kluwer Academic Publishers, 2001, pp. 42-45.
- SanjayaManiktala。开关电源A到Z M]。2006年爱思唯尔:51-54
- x和a . m . Khambadkone”的分析和实现效率高、交叉现任美联储为燃料cellsystem全桥变换器,“IEEE反式。电力电子。,22卷,不。2,页543 - 550,2007年3月。
- s . m . y . t . Chen大片r·h·梁”的分析和设计Zero-Voltage-Switching Zero-Current-Switching BoostConverter交错,“IEEE反式。电力电子,卷。27日,没有。1,第173 - 161页,2012年1月。
- y s公园,公园,美国崔崔w . k . b .李”的工作交叉促进Convertersfor高升压和High-PowerApplications,“IEEE反式。电力电子。,26卷,不。10日,第2914 - 2906页,2011年10月。
- d·k·p·w·李,y s . Lee Cheng和x c .刘”交叉提高变换器的稳态分析和耦合电感,“IEEE Trans.Ind。电子。,vol. 47, no. 4, pp. 787–795, Aug. 2000.
- d . k . w . Cheng x铜、和y s . Lee,“一个新的modifiedboost转换器与波纹自由输入电流通过耦合电感,“Proc.IEEE Int。Conf。电力电子。变速驱动器,伦敦,英国1998年9月,第592 - 599页。
- f·杨,阮x, y, z,“交叉临界电流模式加强与耦合线圈的PFC变换器,“IEEE反式。PowerElectron。,26卷,不。9日,第2413 - 2404页,2011年9月。
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