變換器的設(shè)計

廣東理工學(xué)院電氣工程系 宮占霞 吳 瓊 張曉亞

變換器的設(shè)計

廣東理工學(xué)院電氣工程系 宮占霞 吳 瓊 張曉亞

本文以變換器控制電路Buck為主要研究對象,結(jié)合滑模變結(jié)構(gòu)與PI控制,研究其穩(wěn)定性,并通過Matlab對控制電路進行仿真,驗證所提出設(shè)計的可行性.

變換器;穩(wěn)定性;Matlab

0 引言

電力電子變換器追求的目標(biāo)為高可靠、高功率和高穩(wěn)定性,伴隨現(xiàn)代技術(shù)的快速發(fā)展,國內(nèi)外已研制出各種形式的變換器,然而,這些變換器內(nèi)部的電路都是由DC/DC電路演變而來.

1 系統(tǒng)的設(shè)計

控制系統(tǒng)由控制電路與主電路共同組成.控制電路由能實現(xiàn)能量從輸入端到輸出端保持不變的IGBT管構(gòu)成;主電路由二極管、電容、電感和負(fù)載等構(gòu)成.

1.1 控制電路的設(shè)計

控制電路主要由Buck變換器結(jié)合滑模變結(jié)構(gòu)與PI控制結(jié)合而成,其結(jié)構(gòu)圖如圖1所示:

圖1 控制電路結(jié)構(gòu)圖

圖1所示中,變換器的結(jié)構(gòu)圖和結(jié)構(gòu)模型如圖2和式1所示:

圖2 變換器結(jié)構(gòu)圖

綜上,得到狀態(tài)方程為:

1.2 滑模控制器控制方程

因為Ueq的變化范圍為[0,1],因此得到下式:

對式4進行變換,得:

2 系統(tǒng)仿真

使用Matlab進行仿真,仿真模型如圖3所示.

圖3 仿真模型圖

參數(shù)設(shè)定:L=7mH,C=1000μF,開關(guān)周期為4kHz,最大步長值為1e-7,解算器為ode23tb,輸入電壓從100V突變到200V.

圖4 電路穩(wěn)定時的電壓輸出波形

圖5 突變電壓情況下的電壓輸出波形

當(dāng)負(fù)載發(fā)生突變,阻值在短時間內(nèi)從300Ω變換至100Ω時,且保持輸入電壓穩(wěn)定的情況下,仿真結(jié)果如圖6所示.

圖6 負(fù)載突變情況下的電壓輸出波形

從仿真圖中可以看出,隨著輸入電壓值的突變,輸出電壓沒有明顯的波動,基本穩(wěn)定;在負(fù)載突變的情況下,輸出電壓也基本保持穩(wěn)定.綜上可知,該控制系統(tǒng)在輸入電壓和負(fù)載存在突變的情況下表現(xiàn)很好的穩(wěn)定性與動態(tài)性能.

3 總結(jié)

本文針對以變換器為主電路的系統(tǒng)進行設(shè)計和仿真,先后從系統(tǒng)的設(shè)計與仿真兩方面進行說明,得出最終的仿真結(jié)果,驗證設(shè)計的良好魯棒性與可行性.

[1]劉勝利.現(xiàn)代高頻開關(guān)電源實用技術(shù)[M].電子工業(yè)出版社,2001.

[2]W.Perruquetti,J. P.Barbot,Sliding Mode Control in Engineering.New York:marcel Dekker.2002.

[3]Utkin V I.Variable structure systems with sliding modes[J].IEEE TransAutomatic Control,1977.

In this paper,the converter control circuit Buck as the main research object,combined with sliding mode variable structure and PI control,to study its stability,then through the Matlab control circuit simulation,verify the feasibility of the proposed design.

converter;stability;Matlab