IPOS高压直流电源研制

发布时间：2020-06-14 11:18

【摘要】：随着社会的不断进步,科技发展日新月异,高压直流电源在各行各业应用广泛,人们对其性能的要求也逐渐提高。现有的高压直流电源具有体积小,效率高和调节周期快等优点,但当要求输出电压较高且各功率管承受开关应力较低时,单个直流电源显然不能满足要求,将多个电源模块进行串并联组合则能很好的解决这个问题。针对某船用设备需求,本文设计了一台IPOS(Input-Parallel Output-Series)高频高压直流电源,通过输入端并联,输出端串联来实现多电源模块组合供电。单模块主要技术指标为:直流输入50-100 V,高压直流输出5-15 kV,最大输出功率为2.5 kW,具备过流过压保护功能。本文提出了IPOS高频高压直流电源主电路拓扑,分析了高频逆变谐振电路,通过计算完成了IGBT的选型,并进行了LCC谐振电路稳态建模和小信号分析,得到了确定LCC谐振参数的具体步骤;重点分析设计了高频高压变压器,从简化模型入手,完成了磁芯的选型、损耗的计算,根据实际参数,在不同电压等级下计算绕组的分段数、分层数及各层线圈数,对比分析选择了Z型缠绕方式,从多方面减小了变压器分布电容,增强整体绝缘强度及散热能力;建立了IPOS组合系统的小信号模型,并对其进行特性分析,明确了相应的传递函数,通过对小信号模型的解耦分析,得到了输出电压、输出均压闭环环路增益,设计分析了PI调节器;利用Matlab搭建了系统模型,进行仿真分析;软硬件设计部分介绍了以dsPIC33F数字信号控制器为核心的控制电路,主要完成了AD采样电路,PWM(Pulse Width Modulation)电路,过压过流保护电路等硬件电路的设计与调试,系统各关键点电压、电流波形的实时采样,产生了PWM驱动波形,实现了发生过压过流故障时的软硬件保护,并通过PI控制的调节实现了各模块输出均压及输出电压的稳定;最终,开发了IPOS高压直流电源样机,并进行调试验证,通过实验证明了此电源拓扑设计及控制方式的正确性。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN86

【参考文献】

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本文编号：2712702