级联拓扑高功率脉冲充电电源研究

发布时间：2020-06-08 04:48

【摘要】：高功率脉冲电源技术在军事、医学、采矿等领域应用越来越广泛,对其各项性能要求也越来越高。本课题主要研究基于锂电池单元高压级联后向脉冲电源进行高功率充电的电路拓扑和控制策略,目的是通过对脉冲电源的大功率充电,使其实现在短时间内的连续多次工作,扩展高功率脉冲电源的应用能力。本课题首先分析现有的串联时序充电拓扑,进而提出了一种新的恒流级联充电拓扑,重点对比各拓扑的优缺点,解决了高功率脉冲电源充电时,现有拓扑对充电电流控制不稳定、电流波动较大,导致充电电压精度差、所需限流电感体积和重量非常大等问题。根据新的拓扑,提出了对高功率脉冲电源进行充电时基于多电平电压源逆变的高压级联控制策略。进而确定了以多个锂电池单元为电压源的高压级联充电逻辑和控制方法,采用峰值电流型控制方法,对每个锂电池单元工作周期内实时控制开关管的闭合与打开,令电流值始终在设定电流附近,实现了高功率脉冲电源的大电流恒流充电,使充电电压平稳上升至设定点,电压精度高。并对该充电系统各重要元器、电压电流的检测方式进行了适配性选择,确定了保护电路。本课题随后基于TI公司TMS320F28027芯片的SPI通信功能,搭建了新型高压级联充电系统的通讯网络。实现了该系统从一个主控板到多个从控板的串行通讯;同时系统具备远程唤醒和启动功能,能够进行智能化控制。本课题使用MATLAB/SIMULINK和PSIM对提出的新型拓扑与控制算法进行了仿真验证。使用选择好的各重要元器件等,搭建了实验平台。对理论分析和仿真结果进行了验证实验,从实验结果可充分证明该方案的可行性。综上所述,本课题最终实现并验证了提出的恒流级联充电策略。解决了串联时序充电策略中充电电流不可控,电感体积重量过大等问题。
【图文】：

压多电平拓扑分析变器是大功率系统中应用最为广泛的拓扑结构之组成，，将每个功率单元的输出串联起来实现中高是由最终输出电压、输出波形要求和制造成本所功率单元，这方便了功率单元的模块化设计和制用最多，发展最成熟且能实际应用的多电平变换型（Cascaded H-bridge，CHB），飞跨电容型（FlyDiode-clamped 或 Neutral-point-clamped，NPC）。联 H 桥逆变器逆变器出现于八十年代后期，到九十年代中后期 H 桥型多电平逆变器拓扑结构，将多个单相的 的一相。每个单独的 H 桥能够输出三种电平+Ud联后就能够输出 2N+1 个电平。

成功应用于中高压的多电平变换器。如图 2.2 所示为二极管钳位型三电平变换器拓扑结构。其有一个连接到三相输出端的零直流电压的中性点。图2.2 三电平逆变器拓扑结构图二极管钳位型变换器的电路结构简单，所用器件少，占地小效率高。它的三相共用一个直流母线，所以对直流电源的数量要求最少，同时直流电压的纹波较小。背靠背的连接方式使其能够构成能量回馈式变换器。二极管钳位型变换器在实际使用过程中也存在着很多的问题。该变换器中每个开关管所承受的压降为 Udc，所以在中高压的应用场合需要采用高耐压的器件。在使用过程中存在直流侧电容电压不均衡的问题，而且输出电平增多会加剧这一问题。所以必须使用隔离的直流电源或者在背靠背式连接中在每一级电容连接的同时施加直流电压平衡控制。实际中所使用的二极管钳位逆变器多为三电平，因为当电平数 n 增多时，部分二极管所承受的阻断电压为（n-2）UDC，所以需要将二极管串联以满足耐压问题。随着电平数的增多
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN86

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本文编号：2702565