用神经网络控制的二象限开关电感DC/DC变换器

摘要：经典的DC/DC变换器，如Buck变换器、Boost变换器、Buck－Boost变换器、罗氏变换器和Cuk变换器[1－5]，通常都是由电感和电容组成，所以它们的体积大而功率密度低。开关电感已被成功地应用于DC/DC变换器中，开创了设计高功率密度变换器的方法。如美国麻省理工学院MIT）JohnG.Kassakian教授为下一世纪未来的汽车设计了一种新的电源系统[6]，该系统的核心就是一个在直流＋42V和－14V之间进行变换的二象限DC/DC变换器。

关键词：开关电感神经网络直流变换器

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

　　运行在QⅢ和QⅣ象限的二象限变换器如图1所示，它是由二个开关，二个二极管和仅用一个电感L组成的。通常认为源电压V1和负载电压V2都是恒定电压。负载电压V2可以是蓄电池或电动机的反电势（EMF）。因为电路是完全对称的，所以电路的任一端都可以是电源端或负载端。源电压不一定要高于负载电压。R是电路的等效电阻。有两种运行模式：

　　（1）模式C（象限Ⅲ）：电能由V1端向V2端传递；

　　（2)模式D（象限Ⅳ）：电能由V2端向V1端传递。

　　每种模式都有“通”和“断”两种状态。通常每一种状态都可以运行在不同的占空比k下。开关的周期是T，此处T=1/f。开关状态如表1所示。

表1开关状态（表格中空白栏表示关断状态）

模式C接通状态如图2（a）所示：开关S1接通，另一开关S2和所有二极管断开。在这种情况下，流经V1－S1－R－L回路的电感电流增加，电感L上的电压接近恒定电压V1值。

　　模式C关断状态如图2（b）所示：二极管D2导通，两只开关和二极管D1断开。在这种情况下，流经L－V2－D2－R回路的电感电流iL减少，电感L上的电压接近恒定电压V2值。电感L传输电源能量给负载。电感电压和电流波形如图2(c)所示。

　　模式D接通状态如图3（a）所示。开关S2接通，其它开关和二极管断开。在这种情况下，流经V2－L－R－S2回路的电感电流iL增加。电感L上的电压接近恒定电压V2值。

图1二象限开关电感DC/DC变换器

　　模式D关断状态图如图3（b）所示，二极管D1导通，两只开关和二极管D2断开。在这种情况下，流经L－R－D1－V1回路的电感电流iL减少，电感L上的电压接近恒定电压V1值。电感电流和电压的波形如图3（C）所示。

（a）模式C接通状态图(b)模式C关断状态图

（c）电感电压和电流波形

图2模式C

（a）模式D接通状态图 (b)模式D关断状态图