Boost變換器阻抗特性及其穩(wěn)定性分析
英飛凌汽車電子生態(tài)圈
2．2 Boost變換器輸出阻抗特性及穩(wěn)定性分析
2．2．1 Boost變換器輸出阻抗特性
圖5示出光伏發(fā)電單元的Zo和Zc曲線?？梢?，在低頻范圍內(nèi)Zo隨著頻率的增加，其幅值減小，并且呈容性，當(dāng)頻率趨于零時，幅值趨于+∞；中頻范圍內(nèi)，幅值不斷減小，直至為零，相角為-90°，輸出阻抗仍呈容性；高頻范圍內(nèi)，即諧振頻率附近，Zo幅值從零突增到150 Ω后又降為零，相角從-90°升為90°后又降為-90°，阻抗從容性變?yōu)楦行院?，又變?yōu)槿菪?，因此對光伏發(fā)電單元的穩(wěn)定性有極大影響。增加閉環(huán)控制后Zc在低頻范圍內(nèi)幅值被抑制到35 Ω，中頻范圍內(nèi)將幅值保持在0．2 Ω，相角穩(wěn)定到180°，但在高頻范圍內(nèi)，閉環(huán)控制并未消除Zc在諧振頻率處的幅值尖峰，而且還產(chǎn)生了兩個諧振頻率，增大了與負(fù)載輸入阻抗產(chǎn)生交點(diǎn)的概率，更容易導(dǎo)致光伏發(fā)電單元不穩(wěn)定。本文引用地址：http://www.butianyuan.cn/article/175819.htm
2．2．2 光伏發(fā)電單元穩(wěn)定性分析
圖6為帶載的光伏發(fā)電單元，Lc，Cc為線路的等效電感和電容，RLc為等效電感的串聯(lián)電阻，R為純電阻負(fù)載，Zs為變換器的輸出阻抗，ZL為負(fù)載的輸入阻抗。利用阻抗比判據(jù)對圖6的光伏發(fā)電單元進(jìn)行穩(wěn)定性分析。根據(jù)圖6可知：
式中：Cci為線路寄生電容，i=1，2。
當(dāng)線路寄生電容值為30μF時，Zs／ZL的Nyquist曲線在阻抗比禁止區(qū)以內(nèi)，如圖7a所示。通過圖7b可見，Zs，ZL在高頻段內(nèi)有交點(diǎn)，按照阻抗比判據(jù)的規(guī)則，光伏發(fā)電單元是不穩(wěn)定的。
當(dāng)線路電容值為10μF時，Zs／ZL的Nyquist曲線在禁止區(qū)外，如圖8a所示。通過圖8b的波特圖也可見，Zs和ZL在整個頻率范圍內(nèi)均無交點(diǎn)，按照阻抗比判據(jù)的規(guī)則，光伏發(fā)電單元穩(wěn)定。
3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及結(jié)果
按照圖6所給的光伏發(fā)電單元結(jié)構(gòu)圖構(gòu)建了實(shí)驗(yàn)樣機(jī)，光伏電池用直流電壓源代替，主要參數(shù)：額定電流為1．85 A，額定電壓為24 V；Boost變換器的主要參數(shù)：L=7．4 mH，C=620μF，穩(wěn)壓電容Cpv=100μF，輸出電壓Uo=40 V；負(fù)載參數(shù)：Lc=10μH，R=68 Ω，其中Cc1=30μF，Cc2=10μF；選取045N10N型MOSFET，工作頻率為10 kHz。
圖9a為Boost變換器在穩(wěn)態(tài)工作時電感電流與驅(qū)動電壓的波形?？梢姡儞Q器在上述實(shí)驗(yàn)條件下的電感電流是連續(xù)的，平均電流值為1．27 A，占空比為45％。圖9b為不同寄生電容參數(shù)下變換器的輸出電壓波形?？梢?，當(dāng)寄生電容為Cc2時，Boost變換器的輸出電壓為40 V，光伏發(fā)電單元是穩(wěn)定的；當(dāng)寄生電容變?yōu)镃c1時，Boost變換器的輸出電壓產(chǎn)生等幅振蕩，光伏發(fā)電單元不穩(wěn)定，與理論分析過程一致。
4 結(jié)論
建立了適用于光伏發(fā)電單元的Boost變換器小信號模型，得到光伏發(fā)電單元在下垂控制下的閉環(huán)輸出阻抗。可見，下垂控制能夠在低頻和中頻范圍內(nèi)有效地抑制變換器輸出阻抗的幅值，保證光伏發(fā)電單元穩(wěn)定運(yùn)行；但在高頻范圍內(nèi)，下垂控制會導(dǎo)致變換器輸出阻抗產(chǎn)生兩個諧振頻率，增強(qiáng)了光伏發(fā)電單元的不穩(wěn)定因素，但相比開環(huán)阻抗，下垂控制在一定程度上抑制了阻抗幅值，減小了光伏發(fā)電單元輸出阻抗與負(fù)載輸入阻抗產(chǎn)生交點(diǎn)的概率；最后根據(jù)阻抗比禁區(qū)判據(jù)可知，線路參數(shù)對光伏發(fā)電單元的穩(wěn)定性有著重要影響，可能直接導(dǎo)致光伏發(fā)電單元不穩(wěn)定。
評論