Boost斩波器及并联组态的控制方法研究

摘要

近二十多年来，伴随着电力电子技术的迅速发展，有关Boost变换器的控制和应用研究，一直受到人们的关注。Boost变换器不仅具有广泛的独立应用，还是建构多种高性能变流器拓扑的基本组成单元。本文着重研究Boost变换器的并联组态结构及控制方法，对于拓展Boost变换器的性能、容量和应用范围具有重要的实际意义。 本文研究了Boost变换器的几种并联组态拓扑结构及性能特点，研发设计了一种适用于风力发电功率变换的对称并联型双Boost结构组态，并建立了其数学模型，对各种工作模式进行了研究和理论分析。论文在对并联组态Boost变换器进行参数设计和优势分析的基础上，研究确定了系统的交错运行与电压电流双闭环控制相结合的全数字化控制方案，并以C8051F015单片机作为控制核心，对单片机控制单元、检测与保护、键盘和显示等环节进行了硬件电路设计，同时给出了控制系统部分软件设计以及程序流程图。 该控制系统基于离散化数学模型，给出一种数字PI控制器的直接设计方法，在实现输出电压稳定调节的同时，通过小惯性电流跟踪法控制电感电流跟随输入电压变化来降低输入电流的畸变，提高了系统功率因数。其中，并联Boost变换单元交错控制可有效降低输入电流纹波、提高系统的功率等级和效率，等效提高系统开关频率。对系统的PSPICE仿真与实验研究结果证实了系统结构及控制方法的正确性与可行性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 前言

1.1 功率变换技术及开关变换器的发展和应用

1.2斩波控制技术的发展现状

1.3并联组态开关变换器的研究现状及意义

1.4本论文的主要内容

第2章 Boost并联组态方案的设计

2.1 Boost电路的特性及应用

2.1.1 Boost电路稳态特性分析

2.1.2 Boost电路工作模式分析

2.1.3 Boost变换电路典型应用

2.2并联组态主电路结构方案

2.2.1对称并联式结构

2.2.2 电感耦合并联式结构

2.2.3 电感跨接并联式结构

2.3并联组态Boost电路的建模及工作特性分析

2.3.1状态空间平均(SSA)法建模

2.3.2并联组态Boost电路工作模式分析

2.4并联组态Boost电路的优势分析

2.4.1减小输入电流纹波

2.4.2减小电感磁芯尺寸

2.4.3减小输出电容纹波电流

第3章 控制系统分析与设计

3.1 控制系统结构方案

3.1.1系统总体结构

3.1.2系统动态控制模型

3.2 Boost电路控制方法

3.2.1 Boost电路基本调制方式

3.2.2 电压环控制方法

3.2.3 电流环控制方法

3.3并联单元的协调控制

3.3.1交错运行技术及交错驱动的实现

3.3.2 电流分配不均问题及解决办法

3.4控制方案的数字实现及分析

3.4.1 闭环数字控制器设计

3.4.2交错控制信号的数字实现

3.4.3输出电压倍频特性分析

3.5 PSPICE仿真分析

第4章硬件电路设计

4.1单片机控制系统

4.1.1 C8051F015单片机简介

4.1.2电源转换电路

4.2 MOSFET驱动电路

4.3检测与调理电路

4.3.1 电压检测单元

4.3.2电流检测单元

4.4键盘及显示单元

第5章 软件设计及实验结果

5.1主程序流程

5.2定时中断服务程序

5.3子程序控制流程

5.3.1闭环调节流程

5.3.2键盘控制流程

5.4系统的实验结果及波形分析

5.4.1实验样机的构成

5.4.2系统控制信号波形及分析

5.4.3系统实验波形及分析

第6章结论

参考文献

致谢