宽范围输入恒压输出DC-DC变换器研究

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DC-DC变换器作为很多用电设备的直流接口,在日常生活中应用十分广泛。当遇到输入电压变化或者不稳定的情况,如果没有合适的电能变换装置和控制方法,可能会导致系统输出不稳定,击穿电能变换装置,甚至损坏用电设备。针对这种问题,本文研究了宽输入恒定输出的DC-DC变换器,该变换器使用双管Buck-Boost变换的电路拓扑,结合新型的自适应滞环滑模控制方法,可有效提高DC-DC变换器的静态和动态性能。分析双管Buck-Boost变换器的工作原理,分别研究Buck和Boost电路的工作特性和小信号模型,经整合得到双管Buck-Boost变换器的数学模型,为滑模控制方法的设计奠定理论基础。为建立完整的滑模控制体系,首先构建控制轨线函数,并推导出滑模控制的到达条件、存在条件和稳定条件。为了消除滑模变结构控制的“抖振”现象,使用滞环控制方法,使滑模运动变为受控振荡。此外,引入自适应控制方法,进一步限制开关频率,使双管Buck-Boost电路工作在固定频率下。根据DC-DC电能变换器的技术指标要求,设计主电路参数。为验证理论分析和设计的正确性,使用Matlab进行电路仿真实验,仿真结果表明自适应滞环滑模控制方法大大减小了输出侧滤波电容,且在输入电压宽范围变化和负载改变时,双管Buck-Boost变换器具有较强的鲁棒性。为了进一步验证自适应滞环滑模控制方法的有效性和实用性,搭建Buck电路进行实物实验,实验结果表明自适应滞环滑模控制可以提供出色的大信号处理能力,使得电能变换装置能够在更大的工作范围内获得更好的静态性能和动态性能,足以应对外界工况变化对DC-DC变换器的影响。
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