移相全桥变换器多模块并联均流技术研究

发布时间：2020-08-22 10:49

【摘要】：随着新能源汽车、数据通讯、航空航天等技术的发展,大功率直流供电电源容量的要求越来越大,而单模块直流大电源由于冗余性和灵活性较差,已经不能适用于超大功率应用场合。因此,研究设计适用于大容量系统的多模块化直流电源是直流大电源发展的一个重要方向。根据多模块化直流电源的构成,本文研究了模块化电源变换器的拓扑及其控制方法,和多模块并联均流技术。本文确定了移相全桥ZVS DC/DC变换器为模块化电源的主拓扑,分析了传统型移相全桥变换器的工作原理和关键性问题,比较了众多拓扑改进方案,选择了基于二极管钳位的改进拓扑结构;并根据应用中的输入输出指标,设计了元器件参数,完成了直流电源模块的电路设计。深入分析了单模块移相全桥变换器的基本控制方法,根据负载大小不同,使用PWM switch model法建立了移相全桥变换器的CCM模式与DCM模式下的小信号数学模型;并针对CCM模式,设计了双闭环PI参数,针对DCM模式,设计了单电压环PI参数,通过MATLAB仿真模型,验证了闭环控制的合理性;同时,为了解决电源开关频率高与DSP等数字处理器计算速度慢的矛盾,推导了全桥变换器中预测电流算法的精确控制模型,并搭建仿真证明其有效性。对于多个直流电源模块的并联均流问题,分析了均流的内在工作原理,确定了调节输出阻抗和开路电压这两种均流方式。针对目前存在的常用均流方式进行了深入分析,并比较了常见的均流改善措施,确定了本文使用的内置电流环的改进均流结构,设计了均流环控制参数,并搭建仿真验证了改进均流结构的效果。结合本文确定的改进均流结构,研究了直流并联系统的纯数字化多模块均流控制方法。完成了基于DSP的数字化多模块均流系统的硬件电路和软件程序设计,并在两台实验样机上验证了原理可行性。
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM46
【图文】：

桥 ZVS DC/DC 变换器的研究ZVS DC/DC变换器作为中大功率直流电源的主流拓扑，仅需要添加简单的无制就能实现软开关性能，具有很好的应用优势，因此得到了广泛而深入地研全桥 ZVS 变换器的研究主要集中在改进拓扑和改进控制技术两个方面：相全桥 ZVS DC/DC 变换器的改进拓扑 ZVS DC/DC 变换器作为中大功率直流变换器的主要拓扑结构，得到了广泛结构同时也存在一些缺点，如 ZVS 范围窄、占空比丢失、直流偏磁、副边二这些结构性缺点，国内外学者提出了很多改进方法[7-12]。，Fred C 等人提出通过在变压器一次侧串联饱和电感，用以减小占空比丢失。饱和电感在电源向负载供电时线性工作，在一次侧环流时呈现饱和特性，现 ZVS，并减小占空比丢失。但饱和电感仅工作于双象限，导致热应力问电感与高频变压器二次绕组串联，使饱和电感工作在第一象限，有效解决了是饱和电感储能有限，很难实现轻载时滞后桥臂的 ZVS 性能。

图 1-2 变压器一次侧加钳位二极管的移相全桥 ZVS 变换器改进拓扑 11 中，华中科技大学王晓佳，总结了几种滞后桥臂并联无源辅助网络实现宽负载范围主要有 LC、LCC 和 LCD 三种基本形式，其中 LCD 形式的主拓扑如图 1-3 所示。在或关断时，用辅助电路的电感能量与谐振电感 Lr的能量一起给谐振电容充放电，增大额定负载范围[11]。另外 LC、LCC 两种是基于 LCD 拓扑的化简。本拓扑的主要其缺点电流不能跟随负载值变化，增加了额外损耗。所以更前沿的研究是期望辅助电流受负，以此减小辅助网络的损耗。

图 1-2 变压器一次侧加钳位二极管的移相全桥 ZVS 变换器改进拓扑，华中科技大学王晓佳，总结了几种滞后桥臂并联无源辅助网络实现宽负载有 LC、LCC 和 LCD 三种基本形式，其中 LCD 形式的主拓扑如图 1-3 所示断时，用辅助电路的电感能量与谐振电感 Lr的能量一起给谐振电容充放电，载范围[11]。另外 LC、LCC 两种是基于 LCD 拓扑的化简。本拓扑的主要其不能跟随负载值变化，增加了额外损耗。所以更前沿的研究是期望辅助电流此减小辅助网络的损耗。

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本文编号：2800598