输入串联输出独立的组合直流变换器均压控制策略研究

发布时间：2017-09-04 10:41

  本文关键词：输入串联输出独立的组合直流变换器均压控制策略研究

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【摘要】：在中高输入电压场合,直流变换器面临的电压应力较高,这使得普通电力电子器件的性能无法满足电路要求。在组合直流变换器的辅助电源中,开关器件同样面临电压应力过高的问题,如果将输入串联输出独立(ISOI)的结构应用到辅助电源中,并把电压控制分散到各个模块中,这样既降低了开关器件的电压应力又满足系统的模块化设计要求。ISOI系统也面临输入不均压问题,需要采用有效的均压控制策略使系统正常工作。本文首先提出了ISOI组合直流变换器的结构,根据变换器的工作原理,定量分析了各个模块在输入电压和输出电压间的相互制约关系;提出了一种输入均压控制策略,并从负载扰动和输入扰动两方面对均压控制的有效性进行分析。为方便研究,对两模块ISOI组合直流变换器进行设计,并确定了主变换器的电路拓扑为Buck,给主变换器控制电路供电的辅助电源电路拓扑为反激,主变换器和辅助电源均采用ISOI结构,并且都有各自的输入均压控制电路。对两模块ISOI反激组合变换器进行仿真,初步验证了ISOI系统结构的合理性和输入均压控制策略的有效性。为了更好的分析和优化系统性能,对系统进行了小信号建模。采用状态空间法对单个Buck电路进行建模并将模型推广到两模块的ISOI Buck组合变换器,得到了控制到主模块输出电压和控制到从模块输入电压的传递函数,据此设计的补偿电路提高了系统的稳定性和动态响应能力;考虑到辅助电源的均压控制在系统启动和空载时对系统具有保护作用,也对峰值电流控制(CPM)的断续模式(DCM)反激电路进行建模,并采取了与主变换器相同的方法来分析辅助电源系统。对主电路和辅助电源电路进行参数计算和器件选型,设计了相应的控制电路,并根据系统要求对补偿电路进行了合理的设计。根据理论分析和设计方案,搭建了输入电压400V、输出电压50V的两模块ISOI组合直流变换器的电路。在负载不同、电压波动以及模块器件参数有一定差异时,验证了输入均压控制策略在系统处于静态、动态都具有较好的均压效果。
【关键词】：辅助电源 输入串联输出独立 模块化 输入均压控制
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM46
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-18
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义8-9
• 1.2 多模块组合直流变换器结构及输入均压控制策略研究现状9-16
• 1.2.1 多模块组合直流变换器结构9-11
• 1.2.1.1 传统多模块组合直流变换器结构9-10
• 1.2.1.2 ISOI组合直流变换器结构10-11
• 1.2.2 多模块组合直流变换器的输入均压控制策略11-16
• 1.2.2.1 集中式均压控制策略11-14
• 1.2.2.2 分散式均压控制策略14-16
• 1.3 课题主要研究内容16-18
• 第2章 ISOI组合直流变换器工作原理及仿真验证18-26
• 2.1 引言18
• 2.2 ISOI组合直流变换器结构及控制方案18-21
• 2.2.1 ISOI组合直流变换器结构18-19
• 2.2.2 ISOI组合直流变换器控制方案19-20
• 2.2.3 ISOI组合直流变换器控制方案有效性分析20-21
• 2.3 ISOI反激组合变换器仿真21-25
• 2.3.1 仿真模型的搭建21-22
• 2.3.2 仿真结果分析22-25
• 2.4 本章小结25-26
• 第3章 ISOI组合直流变换器模型建立及分析26-39
• 3.1 引言26
• 3.2 ISOI Buck组合变换器建模及控制环路分析26-31
• 3.2.1 ISOI Buck组合变换器建模26-29
• 3.2.2 ISOI Buck组合变换器控制环路分析29-31
• 3.3 ISOI反激组合变换器建模及控制环路分析31-38
• 3.3.1 ISOI反激组合变换器建模31-37
• 3.3.2 ISOI反激组合变换器控制环路分析37-38
• 3.4 本章小结38-39
• 第4章 ISOI组合直流变换器主电路与控制电路设计39-53
• 4.1 引言39
• 4.2 ISOI组合直流变换器主要性能指标及整体结构39
• 4.3 主电路设计及参数计算39-45
• 4.3.1 Buck滤波电感的设计39-41
• 4.3.2 反激变压器的设计41-44
• 4.3.3 其他重要器件参数计算和选型44-45
• 4.4 控制电路设计及参数计算45-48
• 4.4.1 主变换器控制电路设计45-47
• 4.4.2 辅助电源控制电路设计47-48
• 4.5 ISOI组合直流变换器补偿网络设计48-52
• 4.5.1 ISOI Buck组合变换器补偿网络设计48-51
• 4.5.2 ISOI反激组合变换器补偿网络设计51-52
• 4.6 本章小结52-53
• 第5章 ISOI组合直流变换器实验结果分析53-62
• 5.1 引言53
• 5.2 实验平台的搭建53-54
• 5.3 ISOI Buck组合变换器实验结果分析54-60
• 5.3.1 稳态实验结果分析54-56
• 5.3.2 动态实验结果分析56-58
• 5.3.3 电路参数不一致实验结果分析58-60
• 5.4 ISOI反激组合变换器实验结果分析60-61
• 5.5 本章小结61-62
• 结论62-63
• 参考文献63-67
• 攻读学位期间发表的学术论文67-69
• 致谢69

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本文编号：791054