基于pdm控制的高频交流交交变换器的建模new

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1、万方数据弟23卷第2期西安科技学院学报Vol23N。22003年6月JOURNALOFX1’ANUNIVERSITYOFSCIENCE,aNDTECHNOLOGYJun2003文章编号：1671—1912(2003)02—0195—04基于PDM控制的高频交流交交变换器的建模马宪民1，一，杨前1，付立东3，靳玉萍3(1西安科技学院电气与拉制工程学院，陕西西安710054；2清华大学汽车安全与节能国家重点实验室北京100084；3西安科技学院计算机系，陕西西安710054)摘要：根据软开关谐振理论，对三相高频交流交史变换嚣，提出了一种新颖的脉冲密度

2、调制(PDM)的控制策略，并采用PDM控制策略建立了变换器的数学模型和仿真模型，分析了变换器输出波形。研究表明，在高频输入信号条件下，PDM控制技术可以将高频输入电压合成为幅值和频率变化的低频信号，具有操作简单、控制方便的特点。关键词：高频交流；脉冲密度调制；零电压开关；谐波分析中图分类号：TM920文献标识码：A电动汽车的高级驱动系统通常希望小型轻量化和音频噪声低。这就要求不断提高功率变换器的开关频率。但是，现有的控制技术难以满足这些要求。研究表明，PWM逆变器的开关频率越高，开关器件的损耗就越大，造成驱动系统体积增大和噪音升高。为此，作者根据

3、软开关谐振理论，提出了一种新型的高频交流交交变换器以及相应的脉冲密度调制PDM(PulseDensityModulation)控制策略。通过采用零电压开关技术，调节输出电压半个周期内的脉冲密度，可以将高频输入电压合成为幅值和频率变化的低频信号。介绍了这种交交变换器的工作原理．推导，变换器的数学模型．分析了变换器的谐波分量，并对变换器的输出波K形进行了仿真研究。l高频交流交交变换器一种用于电动汽车驱动i系统的高频交流交交变换器‘主电路如图l所示。它由电池组、高频逆变器、混联谐振网络、高频变压器和PDM变换器以及电机组成。直流电压h通过高频逆变器的4

4、图1高频交流交交变换器的主电路Fig1ThemaincircuitofhighfrequencyACcyelo-convert目V∥个开关Vn—VT4逆变成正负交替的方渡信号，混联谐振网络将这种方渡信号谐振为20kHz的准正弦高频信号，经过高频变压器的隔离和升压．该高频交流信号作为高频正弦电压源通过PDM变换器驱动电收稿日期：2003—03—05基垒项目：陕西省自然辩学基盒项目<2001C41)；高等学校重点实验室访问学者基盘项目([1999]153)；教育部留学回国人员科研启动基金项目(r19993363)作者筒介：q觎(1954一)．男，侠西

5、扬凌人，博士．教授．主要从事于电力电子与计算机控制的教学与研究工作万方数据196西安科技学院学报2003血机。变换器中的开关V1一v6可用两个带有旁路二极管的IGBT反向串联组成(图1)，以保证电流的双向流动。这种高频交流交交变换器与传统的交交变换器最大的不同之处在于，它的输入端是高频恒频恒压电源。为了抑制噪音和减小体积，变换器的开关频率比较高。所以。不能用常规的PWM调制技术来控制，必须采用零电压技术的PDM调制策略。2PDM调制策略根据软开关谐振理论，如果在器件的关断时刻，开关电压为零，器件的耗散功率便为零，于是可以去掉缓冲器，减少冷却装置，

6、降低噪音。所以，PDM变换器的开关动作被严格地限制在高频环节电压的过零点，从而使得高频环节输入电压的半个周期脉冲变成了合成低频信号的基本单元，输出的低频电压波形由输入高频离散半周期脉冲数目或密度“拼凑”合成(圈2)。对于给定的参考信号电压，设置比较器．选择合适的开关动作，以产生所需要的输出电压。参考值(要求的低频输出电压)与92实际值之间的误差信号口(t)为正，比较器输出为正；反之，输出输入高额电压合成低频输出电压波形Fig．2Lowfrequencyoutputvoltagefmhighfrequency$OUlTL=e为负。变换器根据比较器的

7、输出以及参考信号的极性，来确定管V7一高磐要!电兽竺警对竺⋯L警婴，挈警信号子的导通与关断，以减小误差信号F(r)。这种控制方法导致了合v坤为电机8相棚j时于高额信号源的中点电压成输出电压内输入电压脉冲密度的不同，使它能够调制成接近于给定的参考信号。由图2可以看出，输出电压波形是由许多输入高频交流整数半周期脉冲组成的。由于采用零电压技术，器件的开关被严格地限制在变换器输入电压U的过零点。这种调制方法不同于以往的P研强d技术，不是变换脉冲的宽度，而是变换脉冲的密度，所以，被称为的PDM调制策略。3PDM变换器的数学模型为了便于分析，对图1所示的电路

8、进行简化，简化后的PDM变换器等值电路如图3所示。图中假设负载为三相感应电动机，PDM变换器的传递函数H(m。r)为m。f)=景一虢i1