变换器的设计

广东理工学院电气工程系 宫占霞 吴 琼 张晓亚

变换器的设计

广东理工学院电气工程系 宫占霞 吴 琼 张晓亚

本文以变换器控制电路Buck为主要研究对象,结合滑模变结构与PI控制,研究其稳定性,并通过Matlab对控制电路进行仿真,验证所提出设计的可行性.

变换器;稳定性;Matlab

0 引言

电力电子变换器追求的目标为高可靠、高功率和高稳定性,伴随现代技术的快速发展,国内外已研制出各种形式的变换器,然而,这些变换器内部的电路都是由DC/DC电路演变而来.

1 系统的设计

控制系统由控制电路与主电路共同组成.控制电路由能实现能量从输入端到输出端保持不变的IGBT管构成;主电路由二极管、电容、电感和负载等构成.

1.1 控制电路的设计

控制电路主要由Buck变换器结合滑模变结构与PI控制结合而成,其结构图如图1所示:

图1 控制电路结构图

图1所示中,变换器的结构图和结构模型如图2和式1所示:

图2 变换器结构图

综上,得到状态方程为:

1.2 滑模控制器控制方程

因为Ueq的变化范围为[0,1],因此得到下式:

对式4进行变换,得:

2 系统仿真

使用Matlab进行仿真,仿真模型如图3所示.

图3 仿真模型图

参数设定:L=7mH,C=1000μF,开关周期为4kHz,最大步长值为1e-7,解算器为ode23tb,输入电压从100V突变到200V.

图4 电路稳定时的电压输出波形

图5 突变电压情况下的电压输出波形

当负载发生突变,阻值在短时间内从300Ω变换至100Ω时,且保持输入电压稳定的情况下,仿真结果如图6所示.

图6 负载突变情况下的电压输出波形

从仿真图中可以看出,随着输入电压值的突变,输出电压没有明显的波动,基本稳定;在负载突变的情况下,输出电压也基本保持稳定.综上可知,该控制系统在输入电压和负载存在突变的情况下表现很好的稳定性与动态性能.

3 总结

本文针对以变换器为主电路的系统进行设计和仿真,先后从系统的设计与仿真两方面进行说明,得出最终的仿真结果,验证设计的良好鲁棒性与可行性.

[1]刘胜利.现代高频开关电源实用技术[M].电子工业出版社,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