1引言 零电流开关(ZCS)准谐振变换器(QRC)因其内在的软开关特点和威廉希尔官方网站 的简单。而有多种DC/DC变换器的拓扑类型。一般讲,零电流开关是通过在开关器件上增加一对谐振电感和电容,使其在开关开通和关断时流过开关的电流等于零,从而减少开关损耗以提高开关频率,有助于提高电源的功率密度。但是在没有一个好的威廉希尔官方网站 模型下,设计基于零电流开关准谐振变换器的可调开关电源并不容易。因为其非线性和复杂的运行等,零电流开关准谐振变换器的建模相对很难。 本文通过对BUCK威廉希尔官方网站 的零电流开关准谐振变换器的开关过程的分析,简化其开关过程,得到其非线性的等效模型,并在MATLAB对其进行了分析和仿真,包括用MATLAB的控制系统工具箱进行仿真。而该模型相当逼近的优点,即使在普通的计算机上,也能很快得到准确的仿真结果。同时,因为该模型是通过分析利用零电流开关运行的特点而建立的,因此也可以将其应用到相关的QRC拓扑威廉希尔官方网站 上,并得到其仿真模型。 2工程仿真软件MATLAB的特点 比较目前常用的BASIC,FORTRAN和C语言等编程仿真程序,它们都要求编程者既对物理模型和有关算法有深刻的了解,而且还需要熟练掌握所用语言及编程技巧,即使如此,由于缺乏强有力的图形输出支持,使人机界面难以达到令人满意的理想效果。而对用户而言,要求其同时具备这两方面的能力是有一定难度的,因此编制、调试程序成为一项很繁杂的工作。MATLAB是由MathWork公司出版发行的著名数学分析软件。作为当今流行的第四代编程语言,完全可以克服这些困难,使科技人员从繁琐的程序代码中 解放出来,成为当前各个科研工作者的有力工具。MATLAB包含核心部分和各种可选的工具箱两个部分。它具有以下几个显著特点: 1)高效方便的矩阵运算MATLAB给出了矩阵函数、特殊矩阵专门的库函数,使之在求解诸如信号处理、建模、系统识别、控制、优化等领域的问题时,显得大为简捷、高效和方便。MATLAB的编程效率和可读性、可移植性远远高于其他高级语言。 2)开放式的结构MATLAB有丰富的库函数,在进行复杂的数学运算时可以直接调用,并且库函数同用户文件在形成上一样,即都为M文件,这样用户文件可以作为MATLAB的库函数来调用,因而用户可以根据自己的需要方便地建立和扩充新的库函数。另外,为了充分地利用FORTRAN、C语言的现有资源,通过建立MEX文件的形式混合编程,可方便地调用有关的FORTRAN、C语言的子程序。 3)MATLAB中提供了系统模型图形输入与仿真工具—SIMULINK。 4)大量的MATLAB配套工具箱和友好操作界面图形和可视化功能是现代应用软件发展的主要方向。MATLAB中的SIMULINK给科研人员提供了用自己擅长的CAD方法来实现系统的仿真工作。MATLAB提供了大量有用的工具箱。同时它允许用户自己开发特定用途的工具箱。 3零电流开关准谐振变换器的威廉希尔官方网站 开关 过程分析 图1(a)和图1(b)分别给出全波模式和半波模式(本文主要讨论全波模式)零电流开关准谐振变换器。一个零电流开关包括一个功率开关S,二极管D1和D2,谐振电感Lr,谐振电容Cr。因为QRC的开关频率很高,它的一个开关周期相对于变换器的时间常数是可以忽略的。所以假设当ZCS关断时,开关电流是零,当ZCS开通时,开关电流是I,在一个开关周期内I是常数。 根据ZCS的工作原理,一个开关周期可以分为四个阶段:电感充电阶段,谐振阶段,电 容放电阶段以及自然续流阶段。谐振电流iLr和谐振电压vCr的波形如图2(a)和(b)显示 。 1)开关模态1[0~t1]——电感充电阶段 在此阶段,开关管S开通,电感Lr上电流iLr从0线性上升,因此S是零电流开通。Lr=Vz( 1)t1=(2) 式中:VS为输入电压。 2)开关模态2[t1~t2]——谐振阶段 从t1时刻开始,Lr和Cr开始谐振,状态方程为Cr=I-iLr(3)Lr=vCr(4) 初始条件分别是:当t=t1时iLr=I和vCr=Vz 当t=t2时iLr=0 由此可推得该段时间为t2-t1=(5)式中:θ=2π+arcsin(-ZnI/Vs),Zn=;ω=1/ 。 3)开关模态3[t2~t3]——电容放电阶段 由于t=t2时iLr=0,输出滤波电感电流全部流过谐振电容。Cr=iLr(6)t3-t2=(7) 4)开关模态4[t3~t4]——自然续流阶段 在此开关模态中,输出的滤波电感电流经过续流二极管D续流 t4=Ts-t3(8) 式中:Ts为一个开关周期。 4零电流开关准谐振变换器的威廉希尔官方网站 建模 建模的主要思想是把零电流变换的4个工作阶 段变为2个,即开关开通状态和关断状态。当AK之间的电流是零,我们认为是关断状态;而当AK之间的电流是I,则为开通状态。依照这个观点,一个零电流开关就非常相似于一个理想开关。开关模态2和3明显是开通状态,而开关模态4则处于关断状态。对于开关模态1,流过AK的电流从零上升到I在t1时间内,I是流过零电流开关和反向二极管的电流之和。按平均值处理,也就等同于开通和关断状态各处半个t1。所以我们得到开通时间为 ton=t3-0.5t1(9) 关断时间为 toff=t4-t3+0.5t1(10) 从而我们可以得到变换器的开通和关断状态方程。因为每一个开关周期都是非常短暂的,所以我们在一个开关周期内用时间平均法来综合两个阶段的方程。得到一个有关输出电压和开关频率的非线性状态方程。 我们得到处于ton时的状态方程=+Vs(11) 式中:IL是流过滤波电感的电流(IL=I); Vo是输出电压。 toff时的状态方程=+Vs(12) 用时间平均法,式(11)、(12)可合写为如下形式=+Vs(13) 式中:Ts=ton+toff。 这样我们到了关于状态矢量[VoIL]′和开关频率1/Ts的等效模型。 5参数设置和仿真 利用该模型仿真结果和利用实际威廉希尔官方网站 得到的仿真结果(本文用pspice代替实际威廉希尔官方网站 仿真 )如图4(a)、(b)所示。该模型得到的仿真结果和实际威廉希尔官方网站 仿真得到的结果非常符合。仿 真威廉希尔官方网站 中的各参数如表1所示。 表1测试威廉希尔官方网站
各元件值VsLrCrLCR 6结语 本文推导得到的零电流开关准谐振变换器的非线性模型可以精确地模拟其暂态行为。通过MATLAB可以以较快的速度得到准谐振变换器的响应。利用该仿真模型,将会更有效地加快可调功率变换器的设计,特别是当控制参数和变换器的元件值变换时。在设计准谐振变换器时,通过选择合适的威廉希尔官方网站 元件和操作范围,实现零电流开关。利用MATLAB进行仿真工作,突破了传统的仿真方法需要大量繁琐的编程调试工作,使用户不必对计算机系统本身赋予更多的注意,而将主要的精力集中在课题本身。基于图形界面的仿真建模方式的仿真软件——MATLAB适用范围极广,值得大力推广。 参考文献 [1]阮新波,严仰光.直流开关电源的软开关技术[M].科学 出版社,2000. [2]张旺.自动控制原理[M].北京理工大学出版社,1994. [3]赵良柄.现代电力电子技术基础[M].清华大学出版社,1995. [4]张志涌.精通和掌握MATLAB[M].北京航空航天出版社,2000. |
基于MATLAB的对零电流开关准谐振变换器的建模与仿真
- 变换器(108177)
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2018-05-30 09:58:2136
LLC谐振变换器的设计过程和LLC谐振变换器的移相控制特性分析
谐振变换技术是提升开关电源功率密度的有效途径,近年来LLC谐振变换器技术获得了广泛的应用。为了扩展容量或减小输出电流纹波,可以将LLC谐振变换器交错并联使用。为实现变换器之间的输出均流,通常引入移相控制,本文重点分析LLC谐振变换器的移相控制特性,探讨两路LLC交错并联的移相均流控制技术。
2018-12-13 11:40:00136
采用Pspice软件对软开关变换器威廉希尔官方网站 进行仿真研究
这类变换器的特点是:谐振元件参与能量变换的某一个过程,不是全程参与。准谐振变换器分为零电流开关准谐振变换器和零电压开关准谐振变换器。由于运行中变换器工作在谐振模式的时间只占一个开关周期中的一部分,而其余时间都是运行在非谐振模式,因此“谐振”一词用“准谐振”代替。
2021-03-09 15:15:532939
SABER仿真在LLC谐振变换器开发与设计中的应用
分析LLC谐振变换器的工作原理,提出了一种利用计算机仿真软件SABER辅助设计LLC谐振变换器的方法,并用该方法设计了一款为电力机车上的仪器仪表供电的LLC变换器,通过实验验证了该方法的准确性。
2021-04-16 14:52:4747
开关功率变换器——开关电源的原理、仿真和设计(原书第3版)
设计方法; 开关变换器的仿真工具,包括开关变换器的PSpice和MATLAB仿真软件; 交错并联变换器和开关电容变换器等内容。 与第2版相比, 本版书重新梳理了开关电源的知识结构, 对部分章节进行了重新修订
2021-07-26 12:06:350
LLC串联谐振全桥DCDC变换器研究
LLC串联谐振全桥DCDC变换器研究(开关电源技术与设计第二版pdf)-高频化、高功率密度和高效率,是DC/DC变换器的发展趋势。传统的硬开关变换器限制了开关频率和功率密度的提高。移相全桥 PWM
2021-08-31 18:36:3665
DC-DC开关变换器的建模与分析的动态评述
DC-DC开关变换器的建模与分析的动态评述(电源技术应用2013年第3期)-该文档为DC-DC开关变换器的建模与分析的动态评述讲解文档, 是一份很不错的参考资料,可以下载来看看
2021-09-28 14:39:2811
开关变换器小信号建模
DCDC变换器建模一、开关电源建模基本概念二、CCM下变换器建模1.状态平均的概念2.推导变换器的状态空间平均方程3.对变换器的状态空间平均方程进行线性化处理4.平均开关模型三、DCM下变换器建模
2021-10-22 10:06:1218
基于LLC谐振变换器的数字化电源设计
用STM32F407ZGT6实现的LLC谐振变换器原理,PFM控制,Simulink中的仿真结果与实验结果一致,完成了LLC谐振变换器从原理分析,到建模仿真,再到实验验证。自己的一个本科毕设,当然有
2021-11-06 12:36:0925
LLC谐振变换器与传统谐振变换器相比有哪些优势?
变换器,LLC谐振变换器有许多优势,下文将详细介绍。 1. 高效性 LLC谐振变换器具有很高的转换效率,是因为该变换器采用了电感、电容、电阻等元器件的串联谐振威廉希尔官方网站
。由于威廉希尔官方网站
采用了谐振威廉希尔官方网站
,极大地减少了开关管的开关损耗,使得功率器件的损耗大大降低,能够将输入电源的
2023-10-22 12:52:141064
cllc谐振变换器和llc区别
CLLC谐振变换器和LLC变换器是两种常用的电力电子转换器拓扑结构,在能量传输和有效性、开关器件损耗、输出电压纹波、尺寸和成本等方面存在一些不同之处。本文将详细介绍这两种变换器的特点和区别
2023-12-01 14:26:131316
llc谐振变换器调节什么实现电压稳定
变换器是一种基于谐振威廉希尔官方网站
的拓扑结构,主要由电容、电感和开关管组成。其工作原理是通过控制开关管的开启与关闭来调节电压的输出。下面将详细介绍LLC谐振变换器的工作过程。 1.1 谐振过程 LLC谐振变换器的谐振过程主要分为两个阶段:谐振电容充电和
2023-12-15 11:04:58484
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