文档介绍：电动汽车DC-DC电源转换器的原理、建模和控制
张承宁, 孙逢春, 张旺
(北京理工大学车辆与交通工程学院, 北京 100081)
摘要:为了设计出在电动汽车上把高压直流电源变换成低压直流电源的高品质DC-DC 变换器,采用自动控制理论进行指导. 介绍电动汽车DC-DC 变换器原理和设计,建模与控制方法. 应用阶跃响应法、频率法研究其数学模型和控制特性,并且进行分析和计算. 实验结果表明,用这种方法所研制的电动汽车DC-DC 变换器输出电压精度高,抗干扰能力强,调节特性快速、平稳.
关键词: 电动汽车; DC-DC 变换器; 自动控制; 数学模型; Bode 图
中图分类号U 469172 文献标识码A
通常有两种电源电动汽车。一个是直流高压电源采用高功率设备,如牵引电机和空调等。另一个是低压直流电源,通常被用在一些控制电路和低压电器设备,如仪表和照明。它的额定电压24 V或12 V低压供电,可由高电压供电直流-直流变换器得到在本文中,主要性能设计的是输入电压转换器,范围从直流250 V到直流450 V,输出直流电压24 V、最大输出电流是直流20 A,输出精度为1%。
1变换器原理
1·1直流-直流变换器的原理框图
直流-直流转换器的原理框图如图1所示,电池组提供直流高压输入Us,低压变频器的输出是Uo。变频器的调定值Ui等于或者是按比例到要求的输出电压Uo。这个转换器是一个消极的电压反馈闭环系统。
1·2功率开关电路
图2所示电路的电源开关半桥接模式,L1和C1构成一个输入滤波器来避免高频脉冲反流,C2和C3电容器与电阻R1和R2分别构成部分电压回路,T1和T2是半导体开关,C6是一个分离直流电容器,T1是一个减少电压的变压器,L2和C7构成一个输出过滤器,RL是负载电阻。当逆向半波上的PWM信号均在T1和T2的控制限时,相应的直流电压可以从自己的变换器中产生。
图2电路的电源开关半桥接模式
1·3控制电路
用于PWM控制电路的SG3525芯片如图3所示,Vcc是芯片的电源电压,它是12V,,芯片包含一个锯齿波发生器,Rt和Ct是确定的锯齿波频率的外部电阻和电容,芯片的脚2是正的输入端口,输入电压Ui是针对端口,Ui=,芯片的脚1是输入反馈电压的负输入端,芯片的脚9是芯片内部放大器输出结果。连接在脚1和脚9之间适当的电阻和电容实现直流—直流变换器的补偿。C8是积分电容,采用整体补偿系统的补偿制度,PWM脉冲从脚11和脚4产生,当PWM控制电路正常运行时,脚2上的Ui和脚1上的Ub应该平衡,当Ui不等于Ub时,PWM技术宽度可自动调节PWM控制电路使Ui等于Ub,通过这种方法我们可以控制变压器的输出电压。
图3用于PWM控制电路的SG3525芯片
1·4驱动电路
IGBT驱动电路通常采用脉冲变压器或光耦合器通过控制电路隔离电源电路,如果光耦合器需要使用个人电源,就会增加系统的复杂度,所以隔离电路采用脉冲变压器如图4所示,如图4中晶体管BG1和BG2组成一个互补的功率放大电路,T2是控制电路中的脉冲变压器隔离电路,R5和C8组成加速电路,二极管D6消除负脉冲,二极管D7和晶体管BG3在IGBT的控制下组成快速放电电路分布电容。
图41GBT驱