宽输入直流电压下移相全桥ZVS变换器模糊控制研究

摘要

移相全桥ZVS变换器因其软开关可以减小开关管损耗，提升变换器效率，在中大功率场合得到广泛应用，特别在船舰及航空领域被作为直流电源应用，这就要求DC/DC变换器要具有良好的稳态特性和动态特性，并且要有相应的故障保护功能，以确保变换器能够安全运行以及可靠应对各种工况。本文以一台20kW移相全桥ZVS DC/DC变换器为研究对象，对变换器的控制技术进行研究分析。 本文首先确立了移相全桥主电路拓扑，并利用变换器等效方法分析了主电路的工作原理。另外分析了隔直电容对变换器的影响，为隔直电容的设计提供了理论依据。接着分析了软开关实现条件，并结合技术要求，采用新的方法设计了相关参数，使滞后桥臂在一定范围内实现软开关。 其次，基于开关网络平均法建立了移相全桥的小信号模型，并设计了宽输入范围的PI控制器参数。为了防止变换器空载启动阶段产生积分饱和，采用积分分离的控制方法。为了提高变换器的动态特性，减少负载扰动对变换器的影响，增加了负载电流前馈的控制策略。考虑到移相全桥变换器是一个复杂，非线性的时变系统，传统的PI控制器很难对此复杂系统的动态控制性能有所提高，所以本文采用了模糊PI控制，将模糊控制与PI控制结合，可以根据响应在一定范围内调节控制参数，得到了很好的动态效果。 最后，本文通过仿真和实验验证了20kW移相全桥ZVS变换器超前桥臂和滞后桥臂在宽输入电压情况下和在一定负载范围内都实现了软开关，并且箝位二极管和RC缓冲大大减小了谐振电感谐振引起的整流桥输出电压尖峰。对比了常规PI控制策略，负载电压前馈控制策略和模糊PI控制策略在负载扰动情况下的动态特性，模糊PI控制具有更好的动态性能。

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