移相全橋DC-DC變換器建模及仿真

歡迎來到「森木磊石技術(shù)微課堂」，很高興與大家見面，接下來的課程會(huì)帶大家進(jìn)入移相全橋變換器的設(shè)計(jì)，來和小編一起學(xué)習(xí)吧。

本篇我們將基于公司自主研發(fā)的PPEC Workbench帶領(lǐng)大家進(jìn)行電路參數(shù)設(shè)計(jì)，并利用Simulink進(jìn)行仿真模型搭建，驗(yàn)證移相全橋變換器的工作狀態(tài)。

電路設(shè)計(jì)一、拓?fù)湓O(shè)計(jì)

之前的課程中，我們已經(jīng)對(duì)移相全橋電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)講解，此處不多做贅述（詳見上期內(nèi)容）。

本示例電路變壓器原邊采用移相控制的全橋電路，變壓器副邊采用全波整流電路，電路拓?fù)鋱D如下。

二、電源技術(shù)指標(biāo)

首先需要確定其輸入、輸出參數(shù)以及具體性能指標(biāo)。本示例移相全橋的詳細(xì)參數(shù)要求如下：

輸入電壓：310V

輸出電壓：300V

輸出功率：600W

PWM開關(guān)頻率：20kHZ

三、參數(shù)設(shè)計(jì)

根據(jù)移相全橋DC/DC變換器的技術(shù)指標(biāo)，我們可以對(duì)電路各進(jìn)行器件參數(shù)計(jì)算，具體器件包括：

輸入濾波電容、功率開關(guān)管、諧振電感、高頻變壓器、輸出濾波電感、輸出濾波電容和隔直電容等。

我們?cè)赑PECWorkbench中嵌入了拓?fù)溆?jì)算小工具，可以幫助大家方便快速設(shè)計(jì)移相全橋參數(shù)。

接下來我們一起學(xué)習(xí)如何使用PPECWorkbench拓?fù)溆?jì)算工具。

1、點(diǎn)擊軟件工作欄的“工具”按鈕，選擇“拓?fù)溆?jì)算工具”，進(jìn)入拓?fù)鋮?shù)計(jì)算界面；

2、選擇“輸入條件”界面，在左側(cè)輸入待設(shè)計(jì)電源的技術(shù)指標(biāo)（開關(guān)頻率、輸入電壓、輸出電壓、輸出電流）；

3、切換至“高壓變頻器”、“電感”、“橋臂諧振電容”、“輸出濾波電容”以及“隔直電容”計(jì)算界面，按照提示進(jìn)行相應(yīng)參數(shù)填寫，軟件將給出理論參考值，依據(jù)給出的參考值進(jìn)行實(shí)際參數(shù)設(shè)計(jì)即可；

4、設(shè)計(jì)完成后，器件參數(shù)會(huì)在“輸入條件”頁面右側(cè)自動(dòng)更新。

電路仿真一、電路模型搭建

目前常用的電路仿真軟件有PSpice、Saber、Simulink、Psim等，它們的精確度、仿真速度和適用的仿真系統(tǒng)類型存在差異，大家可以根據(jù)需求進(jìn)行選擇。

下面就讓我們一起來學(xué)習(xí)如何利用Simulink進(jìn)行電路仿真。

1、打開Matlab軟件，點(diǎn)擊啟動(dòng)Simulink；

2、點(diǎn)擊“模塊庫(kù)瀏覽器”圖標(biāo)進(jìn)行器件選擇。

以直流電壓源為例：搜索“ElectricalSources”，選擇“DCVoltagte Source”拖拽至模型搭建界面；

3、雙擊器件進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。

此處以直流電壓源為例：雙擊電壓源圖標(biāo)會(huì)彈出參數(shù)設(shè)置界面，填入輸入額定電壓值“310”V即可;

4、重復(fù)上述步驟進(jìn)行器件選擇與參數(shù)設(shè)置后，按照電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)器件進(jìn)行連接,得到的移相全橋變換器模型如下圖所示。

二、開環(huán)調(diào)試

在搭建完成的電路模型中，找到輸入與輸出端添加傳感器模塊，并接入示波器模塊中進(jìn)行波形觀察。

然后設(shè)置功率開關(guān)器件的輸入PWM波形并與電路功率器件進(jìn)行連接，開環(huán)調(diào)試電路如圖所示。

開環(huán)電路中移相脈沖需要通過理論分析得到移相角，再手動(dòng)進(jìn)行設(shè)置，其它閉環(huán)電路系統(tǒng)均通過補(bǔ)償器自動(dòng)調(diào)節(jié)移相角大小控制移相驅(qū)動(dòng)波形。

這里我們?cè)O(shè)置移相角度為180°，點(diǎn)擊“運(yùn)行”按鈕進(jìn)行拓?fù)潆娐返拈_環(huán)調(diào)試，點(diǎn)擊波形采集窗口可以觀察到輸出電壓波形如圖。

輸出電壓幅值為155V，為輸入電壓的一半，符合預(yù)期。

三、閉環(huán)調(diào)試

這里閉環(huán)采用PI控制方式，電路設(shè)計(jì)如下圖：

點(diǎn)擊“運(yùn)行”按鈕進(jìn)行拓?fù)潆娐返拈]環(huán)調(diào)試，點(diǎn)擊波形采集窗口可以觀察到PWM控制信號(hào)以及輸出電壓波形如圖。輸出電壓最終穩(wěn)定在300V，符合變換器設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)要求。

到這里，移相全橋拓?fù)涞碾娐吩O(shè)計(jì)與仿真已經(jīng)完成。我們可以看到，電源的輸出基本符合預(yù)期。你們學(xué)會(huì)了嗎？

下一篇我們將繼續(xù)為大家分享如何利用PPEC數(shù)字電源研發(fā)神器，免代碼快速設(shè)計(jì)與開發(fā)移相全橋DC-DC變換器，敬請(qǐng)期待。

感謝關(guān)注森木磊石，我們下期微課堂再見。