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【实操】移相全桥DC-DC变换器建模及仿真

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CC_Tasya
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LV6
高级工程师
  • 2024-3-19 16:56:27

前面带大家了解了移相全桥拓扑的电路结构以及工作原理,接下来我们将带大家进行移相全桥变换器的设计。本篇中,我们将基于森木磊石自主研发的PPEC Workbench带领大家进行电路参数设计,并利用Simulink进行仿真模型搭建,验证移相全桥变换器的工作状态。

一、电路设计

1、拓扑设计

之前的课程中,我们已经对移相全桥电路的拓扑结构进行了详细讲解,此处不多做赘述(详见上期内容)。本示例电路变压器原边采用移相控制的全桥电路,变压器副边采用全波整流电路,电路拓扑图如下。

PPEC微课堂-移相全桥DC-DC变换器建模仿真_01.jpg

2、电源技术指标

首先需要确定其输入、输出参数以及具体性能指标。本示例移相全桥的详细参数要求如下:输入电压:310V;输出电压:300V;输出功率:600W;PWM开关频率:20kHZ

3、参数设计

根据移相全桥DC/DC变换器的技术指标,我们可以对电路各进行器件参数计算,具体器件包括:输入滤波电容、功率开关管、谐振电感、高频变压器、输出滤波电感、输出滤波电容和隔直电容等。

我们在PPEC Workbench中嵌入了拓扑计算小工具,可以帮助大家方便快速设计移相全桥参数。接下来我们一起学习如何使用PPEC Workbench拓扑计算工具。

1)点击软件工作栏的“工具”按钮,选择“拓扑计算工具”,进入拓扑参数计算界面;

PPEC微课堂-移相全桥DC-DC变换器建模仿真_02.jpg

2)选择“输入条件”界面,在左侧输入待设计电源的技术指标(开关频率、输入电压、输出电压、输出电流);

PPEC微课堂-移相全桥DC-DC变换器建模仿真_03.jpg

3)切换至“高压变频器”、“电感”、“桥臂谐振电容”、“输出滤波电容”以及“隔直电容”计算界面,按照提示进行相应参数填写,软件将给出理论参考值,依据给出的参考值进行实际参数设计即可;

PPEC微课堂-移相全桥DC-DC变换器建模仿真_04.jpg

4)设计完成后,器件参数会在“输入条件”页面右侧自动更新。

PPEC微课堂-移相全桥DC-DC变换器建模仿真_05.jpg

二、电路仿真

1、电路模型搭建

目前常用的电路仿真软件有PSpice、Saber、Simulink、Psim等,它们的精确度、仿真速度和适用的仿真系统类型存在差异,大家可以根据需求进行选择。下面就让我们一起来学习如何利用Simulink进行电路仿真。

1)打开Matlab软件,点击启动Simulink;

PPEC微课堂-移相全桥DC-DC变换器建模仿真_06.jpg

2)点击“模块库浏览器”图标进行器件选择。

以直流电压源为例:搜索“Electrical Sources”,选择“DC Voltagte Source”拖拽至模型搭建界面;

PPEC微课堂-移相全桥DC-DC变换器建模仿真_07.jpg

3)双击器件进行参数设置。


此处以直流电压源为例:双击电压源图标会弹出参数设置界面,填入输入额定电压值“310”V即可;

PPEC微课堂-移相全桥DC-DC变换器建模仿真_08.jpg

4)重复上述步骤进行器件选择与参数设置后,按照电路拓扑结构对器件进行连接,得到的移相全桥变换器模型如下图所示。

PPEC微课堂-移相全桥DC-DC变换器建模仿真_09.jpg

2、开环调试

在搭建完成的电路模型中,找到输入与输出端添加传感器模块,并接入示波器模块中进行波形观察。然后设置功率开关器件的输入PWM波形并与电路功率器件进行连接,开环调试电路如图所示。

PPEC微课堂-移相全桥DC-DC变换器建模仿真_10.jpg

开环电路中移相脉冲需要通过理论分析得到移相角,再手动进行设置,其它闭环电路系统均通过补偿器自动调节移相角大小控制移相驱动波形。这里我们设置移相角度为180°,点击“运行”按钮进行拓扑电路的开环调试,点击波形采集窗口可以观察到输出电压波形如图。

PPEC微课堂-移相全桥DC-DC变换器建模仿真_11.jpg

输出电压幅值为155V,为输入电压的一半,符合预期。

3、闭环调试

这里闭环采用PI控制方式,电路设计如下图:

PPEC微课堂-移相全桥DC-DC变换器建模仿真_12.jpg

点击“运行”按钮进行拓扑电路的闭环调试,点击波形采集窗口可以观察到PWM控制信号以及输出电压波形如图。输出电压最终稳定在300V,符合变换器设计技术指标要求。

PPEC微课堂-移相全桥DC-DC变换器建模仿真_13.jpg

到这里,移相全桥拓扑的电路设计与仿真已经完成。我们可以看到,电源的输出基本符合预期。你们学会了吗?后面我们将继续为大家分享如何利用PPEC数字电源研发神器,免代码快速设计与开发移相全桥DC-DC变换器,敬请期待。


wszdxp2004
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