【正文】 6 ??? (313) 電容值取得越大濾波效果越好，在實際電路中 取值 220uf。所以本課題采用單閉環(huán)控制系統(tǒng)對電壓電流來 Boost_flyback 變換器進行控制。2，電壓 閉環(huán)控制系統(tǒng)，以斜率補償，這使得電路結構復雜化的峰值 。閉環(huán)控制系統(tǒng)有正反饋和負反饋，若反饋信號與系統(tǒng)給定值信號相反，則稱為負反饋 ( Negative Feedback)，若極性相同，則稱為正反饋，一般閉環(huán)控制系統(tǒng)均采用負反饋，又稱負反饋控制系統(tǒng)。 KD 增加有利于提高系統(tǒng)的響應速度 ,使超調量減少 ,穩(wěn)定性也得到增加 ,但減弱對干擾的抑制能力。 PID 參數整定口訣： 參數 整定尋最佳，從小往大順序找。理想的曲線具有兩個波，前高后低 4 比 1。調節(jié)過程很枯燥，要耐心。 圖 33 試湊仿真圖（ a) 第 3 章 電路參數計算及控制器設計 20 從仿真結果看，校正前該系統(tǒng)在階躍輸入下是穩(wěn)定的，但是存在明顯的穩(wěn)定時間過長的弱點。 根據 PID 各部分參數對系統(tǒng)過程的影響，我們適當減少 Ki 即增大積分時間常數 ,減弱積分作用，可以有效優(yōu)化波形 ,令 Ki=。每個模型的傳遞函數由頻域仿真在軟件環(huán)境而得 。 PSIM 具有仿真高速、用戶界面友好、波形解析等功能，為電力電子電路的解析、控制系統(tǒng)設計、電機驅動研究等有效提供強有力的仿真環(huán)境。主要涉及 PSIM 的電源設計的特定應用程序的設計。但軟件不容易上手，調試的界面單板，觀察波形也方便利索。 圖 421 仿真系統(tǒng)框圖 為了研究高效率降壓變換器拓撲結構的準確性與實用性，本次論文采用的仿真軟件是 PSIM 軟件 ,電路連接圖如圖 421 該電路原理分析見第二章，開關管用 PWM 脈沖產生驅動電壓，同時控制開關頻率。 觀察此圖可以驗證其輸出電壓是否在多種輸入電壓頻率變化時候可以達到穩(wěn)定，同時也是對實驗結果的驗證。從輸出電壓的輸出波形，可以清楚的看出閉環(huán)控制能夠很好的控制輸出，在較短的時間內調整到目標的輸出值。第 5 章總結與展望 32 第 5 章 總結與展望 全文總結 本文采用雙閉環(huán)控制方法，實現 高增益、高效率的實現直流功率變換， 主要完成了以下幾方面工作： （ 1） 通過對用戶提出的性能指標分析，進行 Boost_flyback 變換器的電路拓撲結構的選擇，確定了以電壓拓撲作為系統(tǒng)的主電路。因為在模型中，轉換器的理想的工作原理，因此，在實際應用中，必須調整控制器。完全滿足本文的設計要求。針對超調量的問題，在實際運用中，可以通過加軟啟動或者啟動的時候加限流電阻和繼電器來實現啟動輸出電壓。仿真利用 PSIM 軟件，仿真的原始傳遞函數，補償網絡功能的轉移函數，并在頻域波形系 統(tǒng)補償后。 相比于 PSIM 的人性化和友好界面， MATLABSIMULINK 的 SimPowerSystem 工具箱構造了該同變換器系統(tǒng)模型，功能強大，應用范圍廣泛，但不是專門的電力電子仿真軟件，是附帶的軟件包。它充分控制模擬處理通過直觀的圖形用戶界面，并通過的穩(wěn)態(tài)分析，時域，頻域，統(tǒng)計，可靠性和控制測試系統(tǒng)的性能。 PSIM 是由 SIMCAD 和 SIMVIEM 兩個軟件來組成的。 23 本章主要闡述了電路結構和 Boost_flyback 變換器的電路模型，推導出的電源電路和控制電路的模式，進行了深入分析電壓的特性來控制轉換器在 CCM 模式，電路采用閉環(huán)，內環(huán)是電壓環(huán)，對干擾的反應迅速，增加動態(tài)響應特性，外環(huán)保證對誤差有很好的調節(jié)，得到無誤差穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)。曲線的偏離和回復很慢，積分時間可以往下調節(jié)。點擊 Run Smiulation 開始仿真。 參數整定尋最佳，從小往大順序找。假如曲線的振蕩頻率很快，先把其微分調下來。 公式對控制器參數進行整定。但很大的 KP 會使系統(tǒng)有很大的超調量 ,并發(fā)生振蕩現象會使穩(wěn)定性變的很差。試湊法就是根據控制器各參數對系統(tǒng)性能的影響程度 ,邊觀察系統(tǒng)的運行 ,邊修改參數 ,直到滿意為止。3 平均電壓的閉環(huán)控制系統(tǒng)具有較高的控制精度。 控制器設計 控制器的應用背景 在實際應用中，如果 Boost_flyback 變換器工作在開環(huán)狀態(tài)，就不能對能量傳輸進行控制，只要出現了擾動就會引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定，甚至不安全隱患，因此必須對Boost_flyback 變換器進行閉環(huán)控制。 R=U*U/P,將 U=400， P=100 代入得到電阻R=1600。當開關管關斷的時候， MOS 管中沒有電流通過。重點分析 Boost_Flyback電力變換器的工作過 程中的各個工作模式下的能量流向，對變換器的工作狀態(tài)有很好的理解。用狀態(tài)空間平均模型來描述同步 DCDC Boost 變換器 ，有： )()()( )()( ttVtd tditv gLo ???? (21) Rtvtidt tdvC oLo )()()( ?? (22) 其中 L 為電感感值， C 為電容容值， R 為負載電阻， )(tVg 輸入電壓， ??tiL 電感電流， ??tvo輸出電壓， )(t? 為占空比。此模型是用于電壓的設計和分析有用和電流回路和用于輸入和輸出阻抗該轉換器平均電流控制。到這一階段， 電路完成一個工作周期。和連續(xù)模式對照，功率開關管的關斷電流比連續(xù)模式電流大出多倍，關斷變換器的損耗增加，同時漏感引起功率損耗也會加大。下面具體對四個模態(tài)進行分析，從而進一步了解其工作的具體過程和原理。采用輸入并聯(lián)輸出串聯(lián)結構可以進一步提高輸出電壓增益，同時減小輸出電容的電壓應力，減小輸入輸出電壓或電流紋波，且有利于減小每個變壓器的功率等級 ，改善器件電壓應力。 第三章對 Boostflyback變換器控制和主電路參數計算。 變壓器有直流電流成份 ,且同時會工作于 CCM/DCM 兩種模式 ,故在設計變壓器時較困難 ,反復調整次數較順向式多 ,迭代過程較 繁瑣 。電壓增益提高幅度與漏感和激磁電感的比值有關，漏感越大 ,電壓增益也越高，也即 BFC 在克服反激變換器漏感問題的同時，利用變壓器漏感提升了電壓增益，這表明，同樣的原邊開關管電流應力，可以實現更大的輸出功率；漏感還可以限 制二極管電流的變化率，改善變換器電磁兼容特性；另一方面，漏感變大也會導致開關管電壓應力升高，次 Boost 變換器的輸出電壓和傳統(tǒng)的 Boost 變換器輸出電壓是一樣小，因此，可以使用低電壓范圍和低電阻 RDS(ON)的半導體場效應管（ MOSFET），大大降低了傳導損耗。但是儲能電感在 Boost 升壓電路中起著極為關鍵的作用，一般而言，其電感值越大，匝數越多，阻抗就越大，這樣就會容易引起電感飽和，發(fā)熱量增加，嚴重威脅產品的壽命。輸出側多電容結構耦合電感高增益直流變換器具有以下優(yōu)點： (1) 開關管電壓應力較低； (2) 無源箝位回路可以降低開關管電壓應力，抑制電壓尖峰； (3) 變換器電壓增益可以通過提高耦合電感的匝比 n 進行擴展。該變換器有如下優(yōu)點： (1) 電壓應力較低的變換器的功率開關管； (2) 承受較小的反向電壓的輸出側二極管； (3) 比 Boost 的電壓增益變換器高兩倍； (4) 輸出側很多電容間具有自均壓的能力。同時受到開關管電壓應力 、變換效率等因素，限制了電路體積的進一步減小 ，同時分布參數也制約了其效率的提高的限制；后者電路簡單 ,能高效提供直流多路輸出必須符合輸出多組的要求，轉換效率比較高 ,損失相對較小，比值較小的變壓器匝數，輸入電壓可以很大的范圍內波動 ,仍可有比較穩(wěn)定的輸出 ,目前已可在 85~265V 交流輸入 間 .實現無需切換達到非常的穩(wěn)定輸出。最為清潔的可再生資源太陽能，具有非常大的優(yōu)勢和豐富的開發(fā)利用底蘊。通過分析仿真結果，驗證了該變換器的可行性，實現了高升壓比和低紋波輸出。經典 Boost 變換器要實現高電壓增益需寬占空比導通，然而寬占空比導通、高壓輸出下二極管反向恢復會造成嚴重的開關損耗及電磁干擾等問題；高匝比的反激變換器可以實現高電壓增益，但在低壓輸入高壓輸出的場合原邊匝數少，漏感大，需箝位電路限制開關器件電壓應力， 能量不能高效地傳輸。許多學者為了解決 這種新能源發(fā)電的高增益直流變換器出現的問題，提出了多種解決方案訓。鉆研利用光伏并網來發(fā)電的技術對延緩能源枯竭、促進生態(tài)環(huán)境和維持經濟的可持續(xù)運轉與發(fā)展具有重大理論和現實意義。根據儲能元件的不同，可分為基本的開關 電感升壓變換器與開關電容升壓變換器， 圖 (a)、 (b)分別為對應的拓撲結構。與隔離型拓撲相似，增加耦合電感原副邊繞組匝比 n，即可獲得較大的電壓增益，按照輸出側濾波電容的連接方式的不同，耦合電感高增益直流變換器可以分為輸出側多電容結構耦合電感高增益直流變換器以及輸出側單電容結構耦合電感高增益直流變換器。隨后，多繞組耦合電感高增益變換器被提出，進一步擴大了電壓增益。 CRLD CLD 1S 圖 14 傳統(tǒng) Boost 拓撲圖 傳統(tǒng)的 Boost 變換器的研究缺陷 和如何改良 ： 開通期間，二極管的反向恢復電流易使開關管通過浪涌電流，導致開通損耗并成為 EMI 源。其有兩種工作方式：一種轉換方式就是完全能量，即電感斷續(xù)電流工 作的狀態(tài)；另一種轉換方式是不完全能量，即電感連續(xù)電流工作狀態(tài)。該變換器 Flyback 變換器變壓器原邊電感和 Boost 變換器電感共用， Flyback 變第 1 章 緒論 7 換器的開關管和 Boost 變換器開關管共用， Flyback 變換器的輸出和 Boost 變換器的輸出串聯(lián)，變壓器漏感能量能夠回饋到 Boost 變換器的輸出，從而獲得高增益高效率特性。第 2 章 Boostflyback 變換器 8 第 2 章 Boostflyback 變換器 變換器拓撲結構與工作過程 拓補結構及其工作原理 圖 211 拓補結構 Boostflyback 升壓變換器在功率開關管和功率二極管兩端的電壓較低，而且電壓增益比較高， Boostflyback 升壓轉換器的耦合電感 使得 電路輸出端得到更高的電壓輸出；輸出側的電容可以斷開緩沖器，抑制電壓峰值；低額定電壓的功率開關是用來減少輸送損耗。拓撲也非常簡潔，功率的密度不高，成本也大大降低。臨界連續(xù)時，在晶體管關斷瞬時，次級電流剛好下降到零。輸出電容存儲的能量供電給負載 (S導通 ， D D2關斷 )。 C1C2R1D C 圖 216[t2,t3] Boost DCDC 變換器模型 從本質上來說， Boost 變換器在電感充電的過程中，同 Boost 變換器開通過程一樣。升壓轉換器單元的電流共享特性已被來自用于解析表達式穩(wěn)態(tài)運行。 ()t? 代表開通時間 比例 。以達到任務要求的標準。將 D=， Vin=20V 代入 Boost 的輸入輸出電壓公式 : )1/( DVV inout ?? (311) VDVV inou t 201 ????? (312) 計算得到 Boost 的輸出電壓為 66V， 留出裕量，則設 MOS 管兩端最大電壓為 100V。 在功率變換效率最高時，C1 和 C2 的輸出電壓時相同的，流過的電流也是相同的，故選擇電容值時兩個電容規(guī)第 3 章 電路參數計算及控制器設計 16 格選取一致。 閉環(huán)控制系統(tǒng)是最常用的峰值電流閉環(huán)控制系統(tǒng)和平均電流閉環(huán)控制系統(tǒng)。3，峰值檢測誤差，峰值電壓的閉環(huán)控制系統(tǒng)以上 。閉環(huán)控制系統(tǒng)的例子很多。在試湊時 ,一般根據以上參數對控制過程的影響趨勢 ,對參數實行先進行比例調節(jié)、后積分修正、再微分調整的實施步驟來進行試湊整 定。先比例然后積分，最終再把微分添。一注意看二頻繁調多做分析，調節(jié)的波形質量不會低的。 19 具體步驟： 1） 在仿真軟件 PSIM 下搭建控制框圖如下 : 圖 32 仿真控制電路框圖 2）設置 PID 參數名稱其仿真環(huán)境參數 在彈出的對話框 中填入相應的變量名，比如 P,i 3)在仿真環(huán)境設置中將“ Stop Time”隨機調節(jié)，因為一開始不知道穩(wěn)定時間所以設的長一點。因此可以用穩(wěn)定邊界法來整定 PID 參數，以獲得理想的系統(tǒng)性能。再次仿真。奠定了成功完成時域仿真的下一章節(jié)的理論基礎和原理性的論證。 PSIM 是電力電子和軟件仿真應用程序包的電機控制領域的領域的發(fā)展趨勢。在 PSIM 模型中有一定量的特殊電源設備和電力電子器件，并提供了高精度的電路仿真模型庫中，為了有效地解決該變壓器模型的設計的問題。 Saber 仿真軟件是一個功能非常強大的電路仿真軟件，尤其適合應用在開關電源領域的時域和頻域仿真。本次 PSIM 仿真中設置仿真時長 (Total Time)為 ，步長 (Time Step)為 5* 108s。 29 圖 4210 2Hz 的變化輸入電壓，輸出電壓的波形 圖 4211 4Hz 的變化輸入電壓，輸出電壓的波形 從上圖的曲線可以看出，閉環(huán)控制完全滿足對控 制