基于预测控制的宽范围直流DC-DC变换器文献综述

 2021-11-04 21:03:56

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1 、研究背景和意义随着电力电子技术,半导体制造技术与控制技术的发展,电力电子装置以其良好的性能被广泛应用于各类工业生产制造与日常生活中。

在新能源发电系统,燃料电池供电系统,高速永磁发电机,航空发动机电子控制器电源等输入电压变化范围较宽的场合,宽范围输入直流变换器目前已经得到了广泛的应用[1][2][3][4]。

在两极结构的光伏电池发电系统中,太阳能电池的输出电压和负载电流有关,还与如光照强度,环境温度条件有关,变化范围较宽,需要采用宽范围输入直流变换器[5][6]。

在燃料电池供电系统中,由于燃料电池输出特性较软,在负载电流变化时输出电压变化范围较大,需要DC-DC变换器解决宽范围电压输入问题[7]。

在常见的高速永磁发电机系统中,由于永磁发电机的励磁强度不能人为调节,为了保证发电机系统输出电压稳定,会采用宽范围直流变换器作为DC-DC变换器。

航空发动机电子控制器电源模块中,由于用电设备的接通和断开以及天气原因例如雷电引起的飞行器外部磁场变化,会在航空器内部电路中产生过压浪涌、欠压浪涌和尖峰电压,为了抑制浪涌和尖峰电压,需要采用宽范围输入直流变换器[8]。

在以上领域,宽范围输入直流变换器的性能决定电力电子装置能否正常工作。

双管Buck-Boost变换器是一种宽范围输入直流变换器,由Buck变换器和Boost变换器级联并简化得到,具有升压和降压的功能,而且与Buck-Boost电路、Sepic电路等传统具有升压和降压功能的变换器相比,双管Buck-Boost变换器的开关管电压应力较低,输入输出电压的极性相同,隔离电源和驱动电路设计简单,无源元件少,体积小重量轻,功率密度较高。

在输入电压范围较宽时,双管Buck-Boost变换器可以使用单自由度的工作模式,两个开关管同时工作,但是在这种工作模式下变换器效率较低;也可以根据输入电压范围分别工作在降压模式[9][10]和升压模式[11],每个周期只有一个开关管工作,可以提高效率,在两种工作模式之间如何切换是当前研究的热点之一。

本文将模型预测控制应用到DC-DC变换器,为宽范围输入直流变换器的控制提供一种思路。

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