基于LCC谐振变换器的PFU恒流充电系统的研究与实现

发布时间：2019-10-14 21:26

【摘要】：脉冲供电系统是电磁发射装置的核心,该方面的研究对电磁发射技术的发展至关重要。本文针对容性储能电磁发射系统的分布式PFU独立供电结构展开研究,要求PFU供电系统对充电电压及电流均应具备可调节能力。因此,在不改变电压输出等级和变换器容量的前提条件下,研究如何提高充电电源的电流输出能力,满足多个PFU的快速、高效、差异以及同步供电,具有一定的实际应用价值。首先,分析了谐振电流断续模式下LCC串并联谐振变换器的工作原理,通过对关键变量在各阶段表达式的讨论,确定本变换器整个充电过程都工作在双脉冲输出模式的设计目标,并对该模式下系统的电流输出能力、临界断续开关频率、软开关等特性进行了深入分析,揭示了LCC谐振型充电电源在传统定宽调频控制方式下,电流输出能力存在严重衰减的根源。其次,针对传统的PFM调制方式无法补偿输出电流平均值随电压升高而衰减的问题,提出基于数字控制的准临界恒流控制方案。对谐振电流临界断续频率函数采用简化的线性函数进行等效拟合,准确地拓展调频的上限,在实现软开关的同时最大程度地补偿输出电流的占空比丢失,显著提高充电电源的电流输出能力。此外,采用数字PI控制算法设计电流闭环,克服输入扰动及负载扰动,实现恒流充电。完成了PFU恒流充电系统的软硬件设计:利用变压器漏感作为谐振电感、在获取寄生电容等效值的前提下设计谐振电容值,形成了一套完整的设计思路。针对输出电压高、存在强电磁干扰等问题,在电源内部增加了完整、快速的保护系统和电磁兼容设计。在操作接口方面,通过CAN总线通讯实现上位机对下位机的监控和保护,并在上位机中利用C++语言编写了用户友好的人机界面。最后,通过对研发的电源系统的仿真与实验验证,得到如下实验结论:所采取的准临界恒流控制方案相比传统恒流控制方案,在未增加主功率管容量和变压器变比的情况下,将电源的恒流输出能力提高了23.7%。研发的PFU充电系统目前已顺利应用到某具体的大型装置当中,当前状况运行稳定。
【图文】：

电磁轨道炮,军事应用

会大大的提高美国海军的作战能力。(a) 通用公司生产的舰载电磁轨道炮 (b) 搭载电磁轨道炮的军舰图1-1 电磁轨道炮军事应用图在电磁轨道发射装置中，电源供电系统为轨道炮提供了发射炮弹用的功率和能量，是电磁轨道炮发射的动力和设计的关键所在。在目前主流电磁发射装置中，，电容储能型供电系统操作起来简单，易于实现，同时具有灵活的能源组成方案，可以单模块使用也可通过多模块组合成为一个更大的能量储能装置的优点，是其主要供电形式[6,7]。在上述背景下，本次设计的电磁轨道炮采用电容储能型电源供电系统。能效问题是限制电磁发射技术进步的关键因素，由于传统供电依靠单机大容量集中充电的供电结构，能源利用效率较低。本文中的电磁轨道炮的供电系统采用多级多模块的脉冲电容串联的形式

基于LCC谐振变换器的PFU恒流充电系统的研究与实现

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【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM46

【参考文献】