1kW/200V高精度全桥变换器研制

发布时间：2022-04-26 22:05

　　随着石油勘探与井下测量技术的发展,井下设备对供电电源的要求越来越高。设备工作状态的频繁切换要求供电电源满足高动态性能要求,同时为了保证井下测量精度和仪器的可靠性又要求供电电源能够表现高稳态性能。因此井下供电电源设计需要在保证安全稳定运行的前提下,提升变换器的动态和稳态特性,满足日益严格的井下供电要求。本文以提高全桥变换器的稳态精度和响应速度为设计目标,采用V2C控制方法在提升动态输出特性、改善稳态输出精度方面的优势,并配合硬件电路的优化设计,实现了系统稳态精度和响应速度的整体提高,达到了预期指标。首先,分析了影响全桥变换器响应速度和稳态精度的因素,并根据影响因素对滤波器、反馈调理电路、A/D采样以及控制策略方面进行优化设计。其次,建立了全桥变换器的V2C控制器小信号模型,通过频域分析对系统增益、带宽以及稳定性进行了讨论,并依据频域特性完成控制器反馈系数和电压调节器参数整定。然后,建立了控制器的离散迭代模型并给出内环稳定条件,提出了动态斜坡补偿的方法,在保证稳定性的基础上减小对输出特性的不利影响。最后,通过仿真和实验对小信号模型分析结果进行验证,同时将V2C控制器与V2控制器和电流型控制... 

【文章页数】：86 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题研究的目的和意义
    1.2 输出精度提升方法研究现状
    1.3 响应速度提升方法研究现状
    1.4 主要研究内容
第2章 快速精密全桥变换器设计
    2.1 引言
    2.2 动态与稳态特性影响因素分析
        2.2.1 输出纹波
        2.2.2 稳态误差
        2.2.3 动态特性
    2.3 硬件电路改进措施
        2.3.1 EMI滤波器设计
        2.3.2 反馈调理电路设计
        2.3.3 A/D采样设计
    2.4 全桥变换器电路设计
        2.4.1 输入整流滤波电路设计
        2.4.2 功率器件与隔直电容选取
        2.4.3 高频变压器设计
        2.4.4 输出滤波器设计
        2.4.5 辅助电源设计
    2.5 本章小结
第3章 全桥变换器的V~2C控制方法研究
    3.1 V~2C控制方法工作原理分析
    3.2 V~2C控制器的系统建模与分析
        3.2.1 连续工作模式V~2C控制器小信号建模
        3.2.2 断续工作模式V~2C控制器小信号建模
        3.2.3 V~2C控制器模型分析
    3.3 基于混沌理论的系统稳定性分析
        3.3.1 V~2C控制全桥变换器离散模型
        3.3.2 V~2C控制全桥变换器稳定性分析
    3.4 本章小结
第4章 全桥变换器性能提升方法仿真分析
    4.1 硬件提升方法仿真分析
        4.1.1 采样调理电路仿真
        4.1.2 A/D过采样仿真
    4.2 V~2C控制方法仿真分析
        4.2.1 输出精度与动态特性提升仿真
        4.2.2 稳定性仿真
    4.3 本章小结
第5章 变换器的系统实现与分析
    5.1 系统组成
    5.2 数字控制器实现
        5.2.1 数字控制器资源分配
        5.2.2 数字控制器软件设计
    5.3 实验结果与分析
    5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读学位期间的学术成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]电表计量芯片中sigma-delta ADC的系统级分析[J]. 王龙生,谢亮,金湘亮.  太赫兹科学与电子信息学报. 2014(06)
[2]低纹波电压10V/200A移相全桥开关电源设计[J]. 张俊,彭德强,付寒瑜,杨亮.  舰船电子对抗. 2013(04)
[3]V~2控制Buck变换器等效建模与分岔分析[J]. 何圣仲,周国华,许建平,包伯成,杨平.  物理学报. 2013(11)
[4]Buck DC-DC变换器电感的优化设计[J]. 付园园,姚素英,徐江涛,高静,陈莞.  南开大学学报(自然科学版). 2012(06)
[5]航天器电源系统的动态特性研究[J]. 韩大鹏,税海涛,曾国强,王炎娟.  航天器工程. 2012(05)
[6]模糊控制在井下供电电源中的应用[J]. 张新超,李鹏峰,陈红新,侯增广.  中国科学技术大学学报. 2012(07)
[7]VRM动态响应特性的研究[J]. 贺明智,陈骞,郑琼林.  北京交通大学学报. 2011(02)
[8]一种基于输入/输出反馈线性化的Boost型DC/DC变换器非线性控制方案[J]. 刘锦波,明文龙.  中国电机工程学报. 2010(27)
[9]一种新型高精度数字DC-DC变换器控制方法研究[J]. 史永胜,史耀华,张普雷.  计算机测量与控制. 2010(04)
[10]电压模式Buck变换器的分岔控制[J]. 卢伟国,周雒维,罗全明,张晓峰.  电工技术学报. 2009(04)

博士论文
[1]同步加速器磁场电源的数字调节器研究设计[D]. 钱湘萍.兰州大学 2011
[2]数字DC-DC变换器动态性能和系统稳定性提高方法研究[D]. 佟强.哈尔滨工业大学 2010

硕士论文
[1]宽范围输入直流变换器的研制[D]. 高勇.哈尔滨工业大学 2014
[2]锂离子电池充电系统的自适应控制方法研究[D]. 赵雷.哈尔滨工业大学 2013
[3]基于DSP控制的实验室精密电源研究[D]. 张子玉.西华大学 2013
[4]开关电源的PCB布局及EMI滤波器设计[D]. 陈晨.浙江大学 2012
[5]高效高精小功率DC-DC电力变换器设计与实现[D]. 屈阳.哈尔滨工程大学 2012
[6]基于sigma-delta调制的低噪声高效率buck DC-DC变换器的研究与实现[D]. 蔡曙江.复旦大学 2010
[7]DC/DC数控电源中降低输出纹波的研究[D]. 马杰.浙江大学 2003



本文编号：3648813