雙有源橋DC-DC變換器的仿真分析案例目錄TOC\o"1-3"\h\u13270雙有源橋DC-DC變換器的仿真分析案例 110561.1仿真平臺構(gòu)建 1312341.2仿真分析結(jié)果 3136371.3基于DSP+FPGA的高速控制器架構(gòu)的應用 81.1仿真平臺構(gòu)建仿真分析平臺主要包括主電路、控制電路兩種不同類型，主電路主要包括的是八個MOS管進行串聯(lián)而構(gòu)成全橋電路，直流電則主要是一般性質(zhì)的全橋，中間部分則主要和變壓器、諧振電感電容相互關(guān)聯(lián)，圖1.1是該仿真分析模型的主電路平臺。圖1.1主電路仿真拓撲主要控制電路包括的內(nèi)容是：一是計算移相角相關(guān)模塊，受到傳輸功率的相關(guān)影響，移相角能夠利用科學的方式來對傳輸功率進行控制，主要是方向及數(shù)量，可以通過模塊來設(shè)定具體算出功率，對兩側(cè)橋臂電壓之間差異進行計算，從而可以實現(xiàn)有目標的傳出輸入。二是采集同步信號相關(guān)模塊，由于在原邊及其副邊兩端存在移相角，交流側(cè)設(shè)定是基準信號源，對兩側(cè)驅(qū)動信號源進行采集，進行調(diào)試，移相信號源就是驅(qū)動側(cè)邊信號，三是直流側(cè)端占空比調(diào)制模塊。依舊上文分析，采樣交流電電壓，最后得到占空比模塊的具體數(shù)值，四是直流側(cè)驅(qū)動信號調(diào)制模塊。在該模塊主要包括的內(nèi)容是兩側(cè)橋臂占空比，移相基準信號源及移相角等，把上述采集到的相關(guān)數(shù)據(jù)輸入其中就可以獲得四個MOS管內(nèi)部驅(qū)動信號，各個調(diào)制模塊見1.2所示。在仿真分析場景中將步長設(shè)置成為1e-8，將固定周期設(shè)置成為0.02秒的時間。a)移相角計算模塊b)同步信號采集模塊c)直流側(cè)占空比調(diào)制模塊d)直流側(cè)驅(qū)動信號調(diào)制模塊圖1.2控制電路各模塊仿真圖1.2仿真分析結(jié)果1.2.1正向傳輸功率運行將上文中相關(guān)數(shù)據(jù)輸入到仿真分析系統(tǒng)中，輸入的傳輸功率是450瓦，也就是，得到的仿真結(jié)果分析波形圖見圖1.3和圖1.4所示。a)交流側(cè)電壓和電流波形b)交流側(cè)電壓和平均電流波形c)直流側(cè)電流平均值波形圖1.3正向傳輸功率時工頻周期下各變量仿真波形交流輸入電壓及電流的波形圖見圖1.3a)，圖中主要包括了處于50HZ下的基本分量及處于100赫茲的高頻分量。平均輸入電流波形圖見圖1.3b)，可以看出所輸出的電流及電壓相互配合，和自動的功率數(shù)值相吻合，具有校正功能。平均輸出電流波形圖見圖1.3c)圖中主要包括了處于100K赫茲的波紋分量，6安是波紋的峰值，有效數(shù)值能夠利用公式來計算，和輸出功率相吻合。a)交流側(cè)驅(qū)動電壓及其電流波形b)S7、S8軟開關(guān)區(qū)間高頻交流電壓Vac1、Vac2及諧振電流iL波形c)S7、S8硬開關(guān)區(qū)間高頻交流電壓Vac1、Vac2及諧振電流iL波形圖1.4正向傳輸功率時高頻周期下各參數(shù)仿真波形交流側(cè)驅(qū)動信號及MOS管電流波形圖見圖1.4a）所示。從圖中能夠發(fā)現(xiàn)不同管之間都可以進行ZCS，有效減少了開關(guān)的能耗。由于圖1.4b)是位于，內(nèi)，所體現(xiàn)的是不同高頻電壓及諧振電流波動圖，在區(qū)間之間能夠非常有效實現(xiàn)了軟系統(tǒng)開關(guān)，在圖1.4c)是處于區(qū)間以外的波形圖，硬性開關(guān)是S7，S8，并且不同周期內(nèi)諧振電流及其交流側(cè)壁電壓相互點之間具有一致性，這個和理論研究相同。1.2.2反向傳輸功率運行在保證不同電路系統(tǒng)參數(shù)相同的基礎(chǔ)上，把移相角改變成-57.32度，仿真結(jié)果模型結(jié)果分析見圖1.5和圖1.6所示。a)交流側(cè)電壓和電流波形b)交流側(cè)電壓和平均電流波形c)直流側(cè)電流平均值波形圖1.5反向傳輸功率時工頻周期下各參數(shù)仿真波形從圖1.5a)和圖1.5b)中能夠發(fā)現(xiàn)，交流測電流及電壓之間的曲線是相反的，也就是在反向運動過程中，交流側(cè)不會出現(xiàn)功無效功率，在圖1.5c)中直流端口的平均電流數(shù)值是負，電路從直流角度能夠向另外一次進行輸出。a)S7、S8軟開關(guān)區(qū)間高頻交流電壓Vac1、Vac2及諧振電流iL波形b)S7、S8硬開關(guān)區(qū)間高頻交流電壓Vac1、Vac2及諧振電流iL波形圖1.6反向傳輸功率時高頻周期下各參數(shù)仿真波形圖1.6a)、圖1.6b)都是位于，區(qū)間以外的時候，不同高頻電壓及諧振電流波形圖。和正向傳輸之間相對比分析，諧振電流及側(cè)壁橋電壓之間出現(xiàn)相反的趨勢，而且S7和S8之間能夠?qū)嵤┤寇涢_關(guān)，然而S5和S6只有在[,]區(qū)間內(nèi)部實施相應的ZVS，這個仿真分析結(jié)果和理論研究完全相同。1.3基于DSP+FPGA的高速控制器架構(gòu)的應用本文在完成了仿真分析后，將上文所設(shè)計的研究方案應用到基于雙向DC/DC變換器的鋰電池充電系統(tǒng)中。系統(tǒng)的構(gòu)建圖見圖1.7所示。該高速控制構(gòu)架可以按照邏輯及物理特性區(qū)分為三個板塊：首先，控制板塊。控制模板的突出功能主要有：一是利用AD相應的板塊可以采集雙向DC/DC變換器中直流電流及電壓數(shù)據(jù)。二是DSP及其FPDA對利用AD采集到的數(shù)據(jù)綜合運算實現(xiàn)各種邏輯策略制定。三是DSP可以按照上一步驟運算的結(jié)果將PWM信號給輸出出來，同時也可以將系統(tǒng)保護信號，主要回路繼電器的開關(guān)及分離各對應分量進行輸出。這個模塊主要包括微系統(tǒng)控制器，AD轉(zhuǎn)換模塊，DA轉(zhuǎn)換模塊，PWM系統(tǒng)發(fā)生器，不同通信模塊等，從所有控制模塊角度來說，最為關(guān)鍵的就是微控制器，在本研究中微控制主要采用的結(jié)構(gòu)構(gòu)件就是DSP和FPGA相結(jié)合模式，這兩種模式是目前最為典型的控制器辦事，同時存在突出優(yōu)勢，DSP主要是進行微處理器的專業(yè)控制器，主要優(yōu)勢是計算快速，靈活程度高，對于條件過程不同環(huán)節(jié)都能夠適應，主要進行復雜的算法工作。在FPGA內(nèi)部有大量的觸發(fā)裝置及邏輯門，主要特征就是規(guī)模大，處理快速，頻率高等。符合時序邏輯設(shè)計的各種需求，也同樣符合各種設(shè)計需求，因此在本研究中微控制器的設(shè)計主要是利用DSP+FPGA相互組合的形式，微主控制器是DSP，副控制器是FPGA，主要控制器負責運算算法，副控制器則主要對高頻信號、信號輸出進行處置，主副之間相互搭配，來構(gòu)建DC/DC模塊的有效控制。其次，信號調(diào)理板塊。信號調(diào)理板塊的突出功能就是：一是PWM控制信號被DSP傳輸過來，對主電路信號的保護功能擴大，濾波及其變頻等，進而能夠?qū)⒁恍┮?guī)律性不強的信號轉(zhuǎn)變?yōu)楹笃谀軌虮或?qū)動電路識別及分析的標準信號，來使得驅(qū)動主電力電子器件疏導及關(guān)閉。二是將電子裝置主要回路的信號采集到之后能夠采取衰退、濾波及其變頻等相關(guān)處置，這些規(guī)律性不強的信號可以轉(zhuǎn)變?yōu)镈SP能夠直接識別的標準化信號，來對其進行綜合運算處置。三是將把一部分弱電、強電信號有效輸出隔離，來保障全部系統(tǒng)電路的安全程度，信號檢測裝置是關(guān)鍵性成分，有效調(diào)整電路放大PWM及隔離相應的電路裝置。圖1.7鋰電池充放電系統(tǒng)及其控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖最后，驅(qū)動板塊。驅(qū)動板塊的典型功能主要有：一是PWM控制信號通過控制面