高频开关电源建模及其控制技术研究

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1、分类号：TM464密级：UDC：621.3编号：河北工业大学硕士学位论文高频开关电源建模及其控制技术研究论文作者：林雪松学生类别：全日制学科门类：学术硕士学科专业：控制科学与工程指导教师：杜太行职称：教授ThesisSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofControlScienceandEngineeringRESEARCHONMODELINGANDCONTROLTECHNOLOGYOFHIGHFREQUENCYSWITCHPOWERSUPPLYByLinXuesongSupe

2、rvisor:ProfessorDuTaihangDecember2014摘要与传统的线性电源相比，开关电源特别是高频开关电源，具有效率高，体积小，重量轻的特点，这使得高频开关电源具有广阔应用领域。因此，本文对高频开关电源数学模型的建立及其控制方法进行研究。首先对比较常见的几种桥式逆变器的拓扑结构进行了研究分析，并根据高频开关电源的设计要求，选定滞后桥臂串联二极管方式下的桥式拓扑结构。然后，对该拓扑结构中器件的参数选取进行研究分析，以实现高频开关电源中主电路开关管的零电压零电流导通和关断（ZVZCS），减小开关管在通断过程中产生的损耗，通过MATLAB仿

3、真实验，验证了参数选择的合理性。继而，利用状态空间平均法建立了开关电源的小信号数学模型。根据其数学模型的特点，设计高频开关电源的控制结构。提出了基于内模PID的高频开关电源控制策略；为解决内模PID控制器的鲁棒性与快速性之间的矛盾，在内模PID基础上又引入了模糊控制，利用模糊控制在线调节参数的特点，根据当前的误差和误差变化率，对系统的控制参数实时调节，使系统既有较好的快速性又有较强的鲁棒性，最终完成了高频开关电源的模糊内模PID控制器设计。MATLAB仿真验证了该控制策略的可行性。最后，对基于TMS320F28335的高频开关电源系统进行了初步设计，完成

4、了其中的控制器、检测、光电隔离、驱动等电路设计，以及相关的软件设计。关键词：高频开关电源，移相触发脉冲，小信号数学模型，模糊内模PID控制，TMS320F28335IABSTRACTWithrespecttothelinearpowersupply,theswitchingpowersupplyhastheadvantagesofhighefficiency,smallsize,lightweight,especiallythehighfrequencyswitchingpowersupply.Soitbecomethemostwidelyusedpow

5、ersupply.Therefore,themodelingandcontrollingtechnologyofthehighfrequencyswitchingpowersupplyisstudiedinthispaper.Firstlyseveralcommonbridgeinvertertopologiesareinvestigated.Accordingtotherequirementsofthedesignofhighfrequencyswitchingpowersupply,thebridgetopologyisselectedwhichla

6、ggingbridgeseriesdiode.Thenthepaperdesignstheparametersofthedeviceswhichareusedinthemaincircuitinordertoachievezerovoltageandzerocurrentturnonandturnoffandreduceswitchinglossoftheswitchingpowersupply.ThroughtheMATLAB,theresultverifiestheparametersselection’sreasonable.Then,asmall

7、signalmathematicalmodelofswitchpowersupplyissetupbyusingthestatespaceaveragingmethod.Basedonthemathematicalmodel,thepaperdesignsadoubleclosedloopcontrolsystemofswitchpowersupplyandproposesaPIDcontrolmethodbasedoninternalmodelcontrol.Tosolvethecontradictionbetweentherobustnessandr

8、apidityoftheinternalmodelPIDcontroller,t