高功率密度DC/DC电源模块控制的设计与研究

发布时间：2025-04-11 01:53

　　高压/宽范围输入、低压/大电流输出的高功率密度DC/DC电源模块被广泛运用于军舰、相控阵雷达、航空设备等武器装备中,随着实际应用的需求,各项技术指标不断提高。与此同时,伴随着半导体工业的快速发展,为电源模块的控制提供了更多的选择。本文研究了一种高压/宽范围输入、低压/大电流输出的28V/1200W高功率密度DC/DC电源模块,提出了一种两级结构的电路拓扑;分别采用Microchip公司的PIC16F1708电源模拟控制芯片以及TI公司的UCD3138A电源专用数字控制芯片进行相应的控制系统设计及控制策略的优化。首先,本文提出了一种前级变压器串并联LLC电路、后级并联Buck电路的两级结构拓扑,分析了其工作原理,并对主功率电路参数进行设计。根据选用的PIC16F1708控制器分别对控制电路及软件进行设计。其次,由于控制电路面积有限,部分功能采用模拟控制不易实现,并且在控制策略上数字控制更易设计与实现,因此提出使用数字控制器UCD3138A进行控制。分别对控制电路及软件进行设计,对后级Buck电路进行离散模型的建立,根据所建立的模型进行稳定性分析,为了提升电源模块动态响应性能,利用UCD31...

【文章页数】：76 页

【学位级别】：硕士

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致谢
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 课题的研究背景
    1.2 DC/DC电源模块概述
        1.2.1 电源模块的发展现状
        1.2.2 大功率DC/DC电源模块常见拓扑
    1.3 DC/DC电源模块的控制
        1.3.1 模拟控制
        1.3.2 数字控制
    1.4 本文的研究内容
2 电源模块拓扑与模拟控制设计
    2.1 电源模块拓扑的工作原理
        2.1.1 电源模块拓扑的选择
        2.1.2 前级变压器串并联LLC电路的工作原理
        2.1.3 后级交错并联Buck电路的工作原理
    2.2 参数设计与仿真
        2.2.1 前级LLC主要参数设计
        2.2.2 后级Buck主要参数设计
        2.2.3 仿真验证
    2.3 模拟控制设计
        2.3.1 控制器简介
        2.3.2 控制电路设计
        2.3.3 软件架构设计
    2.4 本章小结
3 数字控制设计实现及控制策略优化
    3.1 UCD3138A控制器
        3.1.1 芯片简介
        3.1.2 数字电源外设
        3.1.3 均流控制原理
    3.2 控制电路设计
    3.3 软件架构设计
        3.3.1 三线程程序架构
        3.3.2 有限状态机
    3.4 数字控制稳定性分析
        3.4.1 Buck电路CCM模式下Z域建模
        3.4.2 比例控制
        3.4.3 比例、积分控制
        3.4.4 实验验证
    3.5 控制策略的优化
        3.5.1 LLC频率对增益的影响
        3.5.2 基于最小二乘法的控制策略优化
        3.5.3 实验验证
    3.6 本章小结
4 实验验证
    4.1 模拟控制功能实现
        4.1.1 输出电压软启动
        4.1.2 前级LLC软开关
        4.1.3 输出电压纹波
    4.2 数字控制功能实现
        4.2.1 输出电压软启动
        4.2.2 预偏置电压启动
        4.2.3 多模块并联
        4.2.4 平均电流控制
    4.3 本章小结
5 总结和展望
    5.1 工作总结
    5.2 工作展望
参考文献
作者简历
攻读硕士学位期间发表的论文



本文编号：4039318