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(PSIM仿真)DAB常见拓扑解析

今天讲讲现在双向隔离DCDC主流的拓扑双有源桥(DAB) DC-DC变换器;
拓扑图如下:

L侧MOS管驱动开通时,能量流动如下:

R侧MOS管驱动开通时,能量流动如下:

从上面两个量能流动图,我们知道了双有源桥(DAB)的基本工作原理;那现在主流的双向控制技术有哪些呢?移相全桥?LLC?

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Richie_Li
LV.3
2
2022-01-08 21:03

移项全桥:移项全桥控制方式如下,有两组桥臂A桥臂和B桥臂,A桥臂上下管打互补50%驱动(可设置死区时间确保桥臂不会直通);B桥臂同样上下管打互补50%驱动(可设置死区时间确保桥臂不会直通);但是当A桥臂跟B桥臂驱动之前存在角度差的话,两个桥臂输出VAB之间就形成电压差,可以跟变压器充电,传递能量到变压器另一侧;

下面我们通过设置不同移项角度,看看VAB以及Vout的差别:

 

移相45

移相90

移相180

从上面不同移相角度对比,可以知道通过控制移相角度,可以得到不同的输出电压,那我们根据控制移相角度从0到π不断变换,观看输出电压的波形如下,从波形可以看到(输入电压100V,变压器变比1:1)输出电压的输出范围为0100V

下面我们搭建一个移相全桥的驱动控制器:

进一步搭建移相全桥闭环系统

将输出电压控制在60V

将输出电压控制在80V

由于移相全桥是左右对称的,我们就在进行另外一侧的能量传递仿真了;
至此,我们实现了移相全桥的闭环控制仿真;

 

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Richie_Li
LV.3
3
2022-01-08 21:09

LLC全桥:LLC全桥是在DAB的基础上增加了谐振电感跟谐振电容;LLC全桥控制方式如下,同样有两组桥臂A桥臂和B桥臂,A桥臂上下管打互补50%驱动(可设置死区时间确保桥臂不会直通);B桥臂同样上管驱动波形个A桥臂下管驱动保存一致,下管驱动波形个A桥臂上管驱动保存一致;LLC主要是通过改变驱动开关的频率在调整输出电压的;拓扑如下:

下面通过设置不同的开关频率,(我们谐振电感Lr=30uH,谐振电容Cr=330nF,谐振频率fr=50KHz)看看谐振电感的电流波形和输出电压有什么差异?

开关频率30KHz

开关频率50KHz

开关频率70KHz

上面的波形可以看出,不同开关频率,谐振电感电流波形不一样,输出电压也不一样;那我们通过改变开关频率,让其慢慢从0变化到100KHz,看看输出电压跟开关频率有什么关系?

从上面波形看输出电压跟开关频率的关系类似于开口向下的抛物线,在控制系统中一个输出同时对应两个输入状态,这样系统是不稳定的,所以我们LLC控制一般是选取下面这一段进行控制;(为什么选取这一段建议搜索相关LLC的论文加深认识,首先这一段是感性工作区,开关管有比较好的开通关断特性,在谐振频率上更是零电压开通零电流关断,效率极高;同时这一段的开关频率跟输出电压是单调关系,PI控制器能够快速进入稳定状态{PI控制器对单调递增或者单调递减系统有比较好的控制效果})

知道了LLC全桥的相关基础后,我们先搭建一下LLC的驱动模块:

接着搭建LLC全桥闭环控制系统如下:

控制输出电压设置为80V,波形如下:

控制输出电压设置为100V,波形如下:

由于LLC全桥不是左右对称的拓扑,从低压侧驱动的话,拓扑退化成LC,增益最大只能是一,而且开关频率从零到谐振频率是单调递增,所以一般低压槽的驱动是固定开关频率为谐振频率fs,然后通过调整占空比在控制高压侧输出电压的;搭建仿真如下:

控制高压侧电压为50V,仿真波形如下

控制高压侧电压为80V,仿真波形如下

至此LLC的仿真到此结束;

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2022-01-11 13:34

感谢分享,考试用的啥仿真软件?

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Richie_Li
LV.3
5
2022-01-11 22:34
@dy-fstcICj3
感谢分享,考试用的啥仿真软件?

PSIM

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2022-01-23 13:22
@Richie_Li
移项全桥:移项全桥控制方式如下,有两组桥臂A桥臂和B桥臂,A桥臂上下管打互补50%驱动(可设置死区时间确保桥臂不会直通);B桥臂同样上下管打互补50%驱动(可设置死区时间确保桥臂不会直通);但是当A桥臂跟B桥臂驱动之前存在角度差的话,两个桥臂输出VAB之间就形成电压差,可以跟变压器充电,传递能量到变压器另一侧;[图片]下面我们通过设置不同移项角度,看看VAB以及Vout的差别: 移相45度[图片]移相90度[图片]移相180度[图片]从上面不同移相角度对比,可以知道通过控制移相角度,可以得到不同的输出电压,那我们根据控制移相角度从0到π不断变换,观看输出电压的波形如下,从波形可以看到(输入电压100V,变压器变比1:1)输出电压的输出范围为0到100V:[图片]下面我们搭建一个移相全桥的驱动控制器:[图片]进一步搭建移相全桥闭环系统:[图片]将输出电压控制在60V[图片]、将输出电压控制在80V[图片]由于移相全桥是左右对称的,我们就在进行另外一侧的能量传递仿真了;至此,我们实现了移相全桥的闭环控制仿真; 

这个采用的是扩展移相?关键波形没给齐全呀,小弟才疏学浅看的不太明白

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jjyinvip
LV.1
7
2022-11-30 00:16
@电源技能成长记
这个采用的是扩展移相?关键波形没给齐全呀,小弟才疏学浅看的不太明白

神奇的楼主

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2023-01-18 16:52

博主你好,仿真的模型能否分享学习下,多谢。

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2023-07-25 23:05

大佬,帮忙发下源文件,多谢。harry.tse.2008@gmail.com

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