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(PSIM仿真)DAB常见拓扑解析

  • 2022-01-08 13:48
  • Richie_Li

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  • 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.1

    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.1

    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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  • dy-fstcICj3

    LV.1

    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.1

    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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  • 电源技能成长记

    LV.1

    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;

    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;

     

    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

    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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  • dy-bNlvF722

    LV.1

    01-18 16:52

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    博主你好,仿真的模型能否分享学习下,多谢。

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