大功率高频低压电源模块化研究
本文选题:电解电源 + 移相全桥 ; 参考:《北方工业大学》2017年硕士论文
【摘要】:电解电源的功率通常较高,需要给负载提供较大的电流。电源的优劣对电解产物的质量有着至关重要的作用。另外电源作为电解产业的能耗的主要来源,其效率问题直接影响到整个行业的能源节约问题。所以高品质、高性能电源的研究与开发成为了电解行业发展的趋势。传统可控硅整流电解电源因为具有笨重、低效、可靠性差、响应慢等缺点逐渐被高频软开关电源代替。高频软开关模块化电源具有轻便化、标准化、高效化等优点。模块化电源通常是由几个或多个电源模块通过串联或者并联的方式组合在一起来进行供电,由于模块间的差异性,电源模块并联时存在电流不均衡的问题,串联时存在电压不均衡的问题,为了解决这些问题,本课题主要研究了软开关技术、并联均流技术、串联均压技术,并分别对其进行了论述。本课题采用模块化的设计思想,研制了单个模块为36kW的高频大功率电解电源,其输出为36V/1000A。首先介绍了电源的基本结构,并对ZVS移相全桥软开关的基本原理以及实现软开关的条件进行了分析。在此基础上设计出了电解电源的主电路,包括主电路的设计与元器件参数计算和选型。随后,建立了移相全桥变换器的小信号模型,进而对闭环控制系统的PI参数进行了整定。通过仿真验证了其正确性。针对电源模块间并联均流问题,把数字均流法与最大电流均流法相结合,设计出了一种基于CAN总线通讯技术的最大电流均流法。针对模块间串联均压问题,采用输出电压均压控制方法来进行均压。对均流和均压控制的方法通过仿真验证了其正确性。对电解电源控制电路系统进行了软硬件设计。硬件部分选择了TMS320F28035芯片作为其核心控制器,并且设计了相应的采样、驱动、保护电路以及CAN通讯电路等。软件部分设计了控制系统基于DSP28035的相关算法,给出了软件流程图。.最后设计了两个电源模块样机,分别对单个电源和两个电源的串并联进行了实验验证。实验结果表明所设计的电源模块符合设计指标。单个电源模块实现了电流、电压的稳定输出,并且实现了软开关。两个模块之间均压和均流效果良好。
[Abstract]:The power of the electrolysis power is usually high and needs to provide a large current to the load. The advantages and disadvantages of the power supply play an important role in the quality of the electrolysis products. In addition, the power supply is the main source of energy consumption in the electrolysis industry. The efficiency problem directly affects the energy conservation of the whole industry. So the study of high quality and high performance power supply The traditional SCR rectifier electrolysis power supply is gradually replaced by high frequency soft switching power supply because of its heavy, low efficiency, poor reliability and slow response. The high frequency soft switching modular power supply has the advantages of portable, standardized, efficient and so on. Modular power is usually composed of several or more power modes. When the block is connected in series or in parallel, the power supply is combined in the same way. Due to the difference of the modules, there is a problem of unbalanced current when the power module is in parallel. In order to solve these problems, this topic mainly studies the soft switching technology, parallel current sharing technology and series voltage sharing technology. This topic uses the modular design idea to develop a high frequency and high-power electrolysis power supply with a single module of 36kW. Its output is 36V/1000A. first introduces the basic structure of the power supply, and analyses the basic principle of the ZVS phase shifting full bridge soft switch and the conditions to realize the soft switch. On this basis, the design is designed. The main circuit of the electrolysis power supply includes the design of the main circuit and the calculation and selection of the parameters of the components. Then, the small signal model of the phase shift full bridge converter is set up, and the PI parameters of the closed loop control system are adjusted. The correctness of the closed-loop control system is verified by simulation. A method of maximum current sharing based on CAN bus communication technology is designed. In view of the series voltage sharing problem between modules, the voltage mean voltage control method is used to carry out the mean voltage. The correctness of the method is verified by simulation. The hardware and software of the electric power supply control circuit system are set up. The hardware part chooses the TMS320F28035 chip as its core controller, and designs the corresponding sampling, driving, protecting circuit and CAN communication circuit. The software part designs the control system based on the DSP28035 related algorithms and gives the software flow chart. Finally, two power module prototype are designed, respectively, single power and two. The experimental results show that the designed power module conforms to the design index. The single power module realizes the stable output of current and voltage, and realizes the soft switch. The effect of average voltage and current sharing between the two modules is good.
【学位授予单位】:北方工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TM46
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,本文编号:1999014
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