双向DC/DC变换器的数字控制研究与设计

环境污染和能源危机使得对新能源的开发利用越来越紧迫,在新型能源系统中,实现能量转换的双向DC/DC变换器起着非常关键的作用。近年来随着数字控制技术的发展,数字控制相对于传统的模拟控制具有抗干扰能力强、能够实现复杂控制策略和算法、具有通讯、监控功能等优点。本文对双向DC/DC变换器的数字控制进行研究,重点研究双向DC/DC变换器主电路与控制方法、控制算法设计、数字控制软件设计和程序优化方法等,具体内容如下： 在分析双向DC/DC变换器的技术指标的基础上,制定了以电压电流型全桥电路作为主拓扑的双向DC/DC的电力变换器总体方案。为提高变换器效率和电磁兼容性对主拓扑进行了电路和控制方法改进设计,提出了数字化软启动方案,实现了电路的软启动,采用有源钳位技术,抑制了功率开关管电压尖峰。 研究了适合宽范围高电压双向DC/DC电力变换器的控制算法,采用了分段模糊PI控制方法。通过MATLAB计算出模糊控制器控制规则表,并将控制规则表移植到数字控制器中,实现系统的快速响应和运行稳定。 在现有硬件平台基础上进行了数字控制器软件总体方案设计,包括对软件需求分析和主程序设计。分别对对PWM模块、A/D数据采集模块、串口和CANBUS通讯系统和控制系统进行软件设计。使用内建函数和Q格式法对A/D数据采集进行了软件优化,采用循环采集方法对A/D采样序列进行优化,从而提高了A/D采集速度,实现了数字控制器控制的快速性。使用软件补偿方法,解决了A/D上电工作不正常问题。 完成了测试平台的搭建,对样机进行了输出纹波、转换效率、扰动测试,并对测试结果进行分析。测试结果表明有源钳位技术、数字控制器软件优化有效的减小了输出纹波,有源钳位软开关技术提高了变换器的转换效率,分段模糊PI控制方法提高了系统的抗扰动能力。 样机测试结果表明,使用该方法设计的数字控制的双向DC/DC变换器输出纹波低于3%,转换效率高达95%,具有良好的抗扰动能力,符合设计指标要求。