三電平降壓斬波電路設計與實現畢業論文-資料下載頁

　　

【正文】 = ILf(t1) ILf(t0) =(VinVo)(t1t0)/Lf =(VinVo)/Lf *(TonToff)/2 =(VinVo)(2D1)Ts/2Lf (14)Io=1/2(ILfmax_H+ILfmin_H) (15) 其中，fs是開關頻率，Ts＝1/fs是開關周期；Ton為開關管的導通時間，Toff為開關管的截止時間。定義 D＝Ton/Ts為占空比；ΔILf_H、ILfmin_H和 ILfmax_H分別為 D 的電感電流脈動值、電感電流最小值和最大值。D 的工作模式當開關管的占空比小于 時，變換器的主要波形如圖 4 所示,一個開關周期內包括 4 個開關模態。圖14 D（1） 開關模態 1 [t0，t1] （如圖 2 (c)）Q1導通，D2導通，vAB=Vin/2，Q2和 D1上的電壓為 Vin/2。iLf（t）=ILf(t0)+(Vin/2Vo)(tt0)/Lf （16）（2） 開關模態 2 [t1，t2] （如圖 2 (d)）t1時刻關斷 Q1，D1和 D2導通。vAB=0，QQ2兩端電壓均為 Vin/2。 iLf（t）=ILf(t1)+Vo(tt1)/Lf （17）t2時刻開通 Q2，電路進入開關模態 3。開關模態 3 與開關模態 1 相類似，此時 Q2導通，D1導通，如圖2 (b)所示。t3時刻關斷 Q2，電路進入開關模態4，同開關模態 2 工作情況相同，如圖2 (d)所示，此處不贅述。由圖 4可知：Vo =1/Ts*∫t0t4vABdt =D*Vin (18) ΔILf_L=ILfmax_LILfmin_L =(VinVo)*Ton/Lf =(Vin2Vo)D*Ts/2Lf (19) Io=1/2(ILfmax_L+ILfmin_L) (110) 其中ΔILf_L、ILfmin_L和 ILfmax_L分別為 D 時的電感電流脈動、電感電流最小值和最大值。 直流三電平Buck變換器的Matlab仿真分析 為驗證上述理論分析的正確性，應用Matlab2012搭建了直流三電平Buck變換器的仿真模式，其參數設置如下：輸入直流電壓： Vin=220V；輸出直流電壓： Vo=100V；輸出直流電流： Io=1A；輸出濾波電感： Lf=；輸出濾波電容； Cf=；開關管（Q1Q2）:IRF644。續流二極管： DSEI802。開關頻率： fs=20kHz； 系統控制框圖直流三電平Buck變換器系統的控制框圖如下：圖15 直流三電平Buck變換器系統的控制框圖 MATLAB仿真圖圖16 MATLAB 仿真圖 仿真結果開環仿真電壓輸出波形：圖52 開環仿真電壓輸出波形開關管驅動波形：圖53 開關管驅動波形三、遇到的問題及解決措施1. 如何保持輸出電壓穩定？引入輸出電壓負反饋可以有效的實現輸出電壓穩定，PI調節器作為最常用的調節器，可以有效的實現這一功能，其所包含的積分環節能夠使系統的輸出無差別的跟蹤給定信號，使系統輸出穩態誤差，從而達到輸出電壓穩定的目的。2. 如何解決開關管和續流二極管的電壓應力過高問題？ 此次設計采用的直流三電平Buck變換器采用兩個電壓分壓，雙二極管串聯的電路，使開關管和續流二極管的電壓應力為輸入電壓的一半，大大改善開關管工作環境，有利于選擇合適的開關管。收獲：首先，最直觀的便是對Matlab仿真軟件有了較深入的了解，能夠比較熟練的使用Matlab仿真軟件，熟悉了各模塊的作用以及其參數設置，以及如何設置仿真參數以得到合適的波形。在不斷解決直流三電平Buck變換器問題的同時，也對PWM調制有了更深一步的了解；其次，在與同學們的討論中，能夠以更全面的眼光來看待問題，同時也讓我意識到，閉門造車是不可取的，一定要懂得團隊的重要性四、工作安排第11周：完成直流三電平Buck變換器的驅動電路設計：第12周：完成驅動電路設計：第13周：完成保護電路設計：第14周：繪制畢業論文插圖及畢業論文大圖；第15周：撰寫畢業設計論文；第16周：整理論文，準備答辯；第17周；畢業答辯。五．畢業論文進度安排1. 對整個前期設計結果進行整理；2. 確定畢業論文提綱；3. 撰寫畢業論文正文；4. 外文文獻翻譯六、參考文獻[1] 薛稚麗,李斌,阮新波. Buck三電平變換器[C],第十五屆全國電源技術年會論文集,南京航空航天大學(南210016):153~158。[2] 劉學超,潘虹,[J],(3):37~38,94。[3] 董鋒斌,皇金鋒. 改進型三電平Buck直流變換器的建模研究[J],(2):24~26。[4] 李柯平,周繼華,[J],40(06):115~117。[5] 阮新波,危健,[J].中國電機工程學報,(11):18~20。[6] 阮新波,[J].科學出版社, 2000:301~303。[7] 阮新波, DC/DC 全橋變換器的軟開關技術[J]. 科學出版社, 1999:15~16。[8] 劉樹林,劉健,鐘久明. BuckBoost變換器的能量傳輸模式及輸出紋波電壓分析[J].:838~843。[9] 肖國慶. 基于降壓斬波電路的可變電流源設計[J].~22。[10] 徐洪哲. 降壓式三電平直流變換器的研究[D]. 哈爾濱工業大學,2008。[11] 朱德明,秦海鴻,嚴仰光. 三電平BuckBoost雙向變換器的仿真研究[J]. :19~23。[12] 石勇,楊旭,[N]. (12):1276~1279。[13] 金科,楊孟雄,[J].(18):41~46。[14] 王鴻雁,[J].(6):241~244。[15] Lisheng Shi,Mehdi Ferdowsi, Mariesa Crow. Dynamic Response Improvement in a ThreeLevel Buck Type Converter[J]. Missouri University of Science and Technology, Rolla, MO, 65401,1952~1958。[16] Pinheiro, Ivo Barbi. The threelevel ZVS PWM Converter A new concept in highvoltage dcdc conversion[J]. IEEE IECON, 2003:173~178。[17] Xinbo Ruan, Bin Li, Qianhong Chen. Three Level Converters A New Concept in High Voltage DCtoDC Conversion[J]. 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In this paper, to further improve the dynamic performance, the current feedforward control scheme is applied to the TLBuck converter. To validate the effectiveness of the proposed topology and controller, both Matlab/Simulink based simulation and experimental results are presented. The main advantages of the proposed approach include faster dynamic response, simple topology configuration, and simple controller implementation.Index Terms—dcdc converter。 dynamic response。overshoot/undershoot voltage。 recovery timeI. INTRODUCTIONIn lowvoltage and highcurrent digital signal processor (DSP) and pointofload (PoL) applications, the dynamic response requirements are usually very stringent [14]. Another important issue is the high power density requirement due to circuit space limitations. To meet these tight requirements, several strategies have been reported which include control loop optimization [57], Buck topology variation [89], and assistant energy transition circuitry [10 11]. The threelevel Buck (TLBuck) converter has the merits of doubled equivalent switching frequency and half the switch voltage stress when pared with the conventional Buck converter [12]. This would make the TLBuck converter a good choice for these applications. In order to further improve the dynamic response, based on the TLBuck converter, a novel topology is proposed in this paper. By bining the proposed topology with the proposed control scheme, the system dynamic response has significantly improved.In section II, the principle of operation of the proposed topology is analyzed, which includes the propose