用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的二象限開關(guān)電感DC/DC變換器

摘要：經(jīng)典的DC/DC變換器，如Buck變換器、Boost變換器、Buck－Boost變換器、羅氏變換器和Cuk變換器[1－5]，通常都是由電感和電容組成，所以它們的體積大而功率密度低。開關(guān)電感已被成功地應(yīng)用于DC/DC變換器中，開創(chuàng)了設(shè)計(jì)高功率密度變換器的方法。如美國(guó)麻省理工學(xué)院MIT）JohnG.Kassakian教授為下一世紀(jì)未來的汽車設(shè)計(jì)了一種新的電源系統(tǒng)[6]，該系統(tǒng)的核心就是一個(gè)在直流＋42V和－14V之間進(jìn)行變換的二象限DC/DC變換器。

關(guān)鍵詞：開關(guān)電感神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)直流變換器

Switched Inductor Two－ quadrant DC/DC Converter with Neural Network Control

Abstract:Classical DC/DC converters usually consist of inductors and capactiors such as buck converter, boost converter, buck－ boost converter,Luo－ Converters and Cuk－ Converter [1－ 5]. Because all classical converters consist of capactiors and inductors, they have big size and low power density. Switched－ inductor has been successfully employed in DC/DC converters and opened the way to build the converters with high power density. For example, Professor John G.Kassakian of MIT designed a new power supply system for the future car in next century[6].The heart of this system is a Two－ Quadrant DC/DC Converter operating the conversion between＋ 42V and － 14VDC.

Keywords:Switched Inductor Neural Network DC/DC Converter

1前言

　　運(yùn)行在QⅢ和QⅣ象限的二象限變換器如圖1所示，它是由二個(gè)開關(guān)，二個(gè)二極管和僅用一個(gè)電感L組成的。通常認(rèn)為源電壓V1和負(fù)載電壓V2都是恒定電壓。負(fù)載電壓V2可以是蓄電池或電動(dòng)機(jī)的反電勢(shì)（EMF）。因?yàn)殡娐肥峭耆珜?duì)稱的，所以電路的任一端都可以是電源端或負(fù)載端。源電壓不一定要高于負(fù)載電壓。R是電路的等效電阻。有兩種運(yùn)行模式：

　?。?）模式C（象限Ⅲ）：電能由V1端向V2端傳遞；

　　（2)模式D（象限Ⅳ）：電能由V2端向V1端傳遞。

　　每種模式都有“通”和“斷”兩種狀態(tài)。通常每一種狀態(tài)都可以運(yùn)行在不同的占空比k下。開關(guān)的周期是T，此處T=1/f。開關(guān)狀態(tài)如表1所示。

表1開關(guān)狀態(tài)（表格中空白欄表示關(guān)斷狀態(tài)）

模式C接通狀態(tài)如圖2（a）所示：開關(guān)S1接通，另一開關(guān)S2和所有二極管斷開。在這種情況下，流經(jīng)V1－S1－R－L回路的電感電流增加，電感L上的電壓接近恒定電壓V1值。

　　模式C關(guān)斷狀態(tài)如圖2（b）所示：二極管D2導(dǎo)通，兩只開關(guān)和二極管D1斷開。在這種情況下，流經(jīng)L－V2－D2－R回路的電感電流iL減少，電感L上的電壓接近恒定電壓V2值。電感L傳輸電源能量給負(fù)載。電感電壓和電流波形如圖2(c)所示。

　　模式D接通狀態(tài)如圖3（a）所示。開關(guān)S2接通，其它開關(guān)和二極管斷開。在這種情況下，流經(jīng)V2－L－R－S2回路的電感電流iL增加。電感L上的電壓接近恒定電壓V2值。

圖1二象限開關(guān)電感DC/DC變換器

　　模式D關(guān)斷狀態(tài)圖如圖3（b）所示，二極管D1導(dǎo)通，兩只開關(guān)和二極管D2斷開。在這種情況下，流經(jīng)L－R－D1－V1回路的電感電流iL減少，電感L上的電壓接近恒定電壓V1值。電感電流和電壓的波形如圖3（C）所示。

（a）模式C接通狀態(tài)圖(b)模式C關(guān)斷狀態(tài)圖

（c）電感電壓和電流波形

圖2模式C

（a）模式D接通狀態(tài)圖 (b)模式D關(guān)斷狀態(tài)圖