输入并联输出串联型直流电子负载系统的结构与控制研究

发布时间：2020-10-21 11:26

　　 电子负载是一种可以模拟真实环境中电气负载特性的新型电力电子系统,对电源类设备的设计和开发具有重要的作用。国内外对低压大电流电子负载的研究重点主要分为两方面,输入级电流模拟电路结构与策略以及输出级能量处理电路结构与策略,大部分学者只注重其中一方面,很少有研究能够同时兼顾输入级大电流模拟以及输出级低压电能的回馈,针对以上不足,本文提出了输入交错并联与输出分组串联的直流电子负载技术。首先,在负载侧,直流电子负载系统的前级由多个电流模拟单元组成,每个单元都基于升压变换器与降压变换器组合的结构,采用PI控制器作为负载电流跟踪控制策略,利用降压变换器良好的关断特性,不仅能进行连续型动、稳态负载电流的精确模拟,也能进行冲击型负载电流的模拟。交错并联技术致力于实现大的负载电流的精确模拟、冗余热备份以及动态电流的跟踪,可以同时保证模拟的精确性与快速性。选择并联输入并联输出的组合形式,结合并联冗余技术,通过电流闭环控制实现电流均衡,实现大电流电源的测试,扩大电源测试的功率范围,灵活性强,同时增加系统的冗余性与可靠性,降低开关频率,减小电感体积。其次,针对低电压输入的通讯电源测试过程电能的回馈问题,本文提出三相分组串联技术,将各个模块的输出电压串联起来,实现电能回馈,无需复杂的电池串联均压技术与高升压比变换器,便可以实现低电压大电流通讯电源的加载,提高能量利用率,并通过多电平逆变形式将能量回馈给电网。此电路可用低电压低频率的器件实现高压高频率效果,逆变电平数多,电压谐波含量小,开关损耗小。可以实现各个电流模拟单元独立控制,并通过载波移相技术实现多模块分组串联的电能回馈,并通过仿真实验验证了此设计的可行性。最后介绍了交错并联型直流电子负载的硬件电路设计,各元器件选型以及不同功能的软件设计流程,并搭建了直流电子负载系统的模拟实验平台,分析了实验波形与实验数据,验证了本系统方案的可行性。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TM46
【部分图文】：

图 2-2 并联冗余结构示意图组合系统的总输入电流，AI 表示组合系压； 和 分别表示第 j(j=1,2…,n)分别表示第 j(j=1,2…,n)个变换器的输入子模块经过变压器隔离后的输出电压。假设此系统已经达到稳态，并且 和1 1 1 1 1 1 1 12 2 2 2 2 2 2 2===o o o in in ino o o in in inon on on inn n inn inn nV I P P V IV I P P V IV I P P V I j(j=1,2…,n)个子模块的输入功率， 表示第 j(j=1,2…,n)个子模块的转换入电流，输入侧采用均流控制，因此in jIo jIojPjK

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文功电流给定值，结合电压前馈控制可得：* ** *0 -0d d d d d d dIpq q qq q q qv u Li i i i iKK dtv u L ii i Ti i 其中pK 与IK 分别为闭环控制时电流环 PI 控制器比例与积分参数。输出分组串联馈能控制框图如图 3-4 所示

学工学硕士学位论文，通过开关管控制电容电压的稳定，消及利用 Buck 电路的良好关断特性，其-11 可知交错并联技术是可行的，三模块电流大小有一定的差别，但相对于模拟在 21A 上下波动，均流效果良好，单个0.4A，纹波系数为 1.9%，因此单个电流术指标小于 0.5%的要求。
【参考文献】

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本文编号：2850059