AC-AC型Cuk变换器的研究与分析

发布时间：2017-08-10 11:05

  本文关键词：AC-AC型Cuk变换器的研究与分析

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【摘要】：近些年来,电力稳压器充分融合了现代电力电子技术、控制技术和信息技术而得以快速发展。AC-AC型稳压器因省去中间环节电路结构相对简单,现已成为电力稳压电源的一个重要研究方向。文中借鉴DC_Cuk变换器的思想提出了一种新型AC-AC变换器,即AC_Cuk变换器。这种变换器摒弃了铁磁材料,具有体积小、性价比高、响应速度快、输入输出电气隔离等特点,市场前景将非常广阔。因此,研究AC_Cuk变换器具有十分重要的意义。首先,详细阐述了现有的各类稳压电源产品及实现原理,并根据发展热点与市场需求提出了新型AC_Cuk变换器;研究了相关理论,其中包括交流变换原理、输出去纹波原理和降低功率开关管损耗方法,并利用Simulink软件仿真实现。其次,为了实现AC_Cuk变换器的稳压功能,着重研究了变换器的闭环控制策略;运用状态空间平均方程法建立变换器的数学模型,由数学模型求解得到AC_Cuk变换器的相关小信号扰动等效模型;由小信号扰动模型得到开环系统Bode图并分析其频率和相位特性,利用PI补偿环节对其进行校正。再次,完成AC_Cuk变换器主电路、PWM信号产生及调理电路、IGBT隔离驱动电路等的器件选型、参数选定及其电路的设计;设计了基于闭环控制系统的信号采集及调理电路、DSP数字控制电路、日历时钟模块及A/D、D/A模块;绘制了数字控制系统中各部分的软件流程。最后,制作了一台AC_Cuk样机;实际测量电路各部分的实际运行波形与理论分析和仿真得到的结果无异,输出波形正弦度良好、无交越失真现象,结果令人满意,验证了新型变换器能够实现AC-AC的功能。对课题的下一步工作进行了展望。
【关键词】：稳压电源 AC_Cuk变换器 小信号模型 状态空间平均方程 DSP
【学位授予单位】：石家庄铁道大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM46
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-19
• 1.1 课题研究的背景和意义10-13
• 1.1.1 选题的背景10-12
• 1.1.2 课题研究的意义12-13
• 1.2 稳压电源的发展动态13-17
• 1.2.1 稳压电源的发展现状13-16
• 1.2.2 稳压电源的发展方向16-17
• 1.3 本文研究主要内容17-19
• 第二章 AC_Cuk变换器研究19-45
• 2.1 DC_Cuk变换器介绍19-21
• 2.1.1 DC-DC型Cuk电路的工作原理19-21
• 2.2 基于DC_Cuk的AC_Cuk变换器21-26
• 2.2.1 AC_Cuk变换器的开关控制策略22-23
• 2.2.2 AC_Cuk变换器原理分析23-26
• 2.3 电路参数设计26-30
• 2.3.1 电感L1的参数设计27-28
• 2.3.2 电容C1的参数设计28-29
• 2.3.3 电感L2的参数设计29
• 2.3.4 电容Cf参数的设计29-30
• 2.4 AC_Cuk变换器仿真30-32
• 2.5 输入、输出无纹波的AC_Cuk变换器32-36
• 2.5.1 耦合电感去纹波原理32-35
• 2.5.2 抑制纹波的仿真实验35-36
• 2.6 带Miller效应的开关损耗吸收电路36-44
• 2.6.1 Miller效应36-37
• 2.6.2 开关管关断吸收电路分析与仿真37-44
• 2.7 本章小结44-45
• 第三章 AC_Cuk闭环控制原理的分析和校正45-62
• 3.1 系统的闭环控制策略45-55
• 3.1.1 AC_Cuk变换器数学模型的建立46-51
• 3.1.2 未加补偿网络的系统分析51-52
• 3.1.3 系统补偿网络设计52-55
• 3.2 电压闭环控制系统仿真实验55-61
• 3.2.1 仿真实验参数55
• 3.2.2 闭环仿真结果及分析55-61
• 3.3 本章小结61-62
• 第四章 软硬件系统的设计及实现62-80
• 4.1 AC_Cuk主电路的设计62-64
• 4.1.1 储能电容和滤波电容的选择62
• 4.1.2 储能电感的设计62-64
• 4.1.3 功率开关管的设计64
• 4.2 AC_Cuk控制电路的硬件设计64-73
• 4.2.1 AC_Cuk控制电路的总设计方案64-65
• 4.2.2 控制电路设计65-73
• 4.3 系统的软件流程设计73-78
• 4.3.1 主程序设计73-74
• 4.3.2 日历时钟程序流程74-75
• 4.3.3 A/D采样程序流程75-77
• 4.3.4 D/A转换程序流程77-78
• 4.4 本章小结78-80
• 第五章 系统主要实验波形80-89
• 5.1 PWM波产生及信号放大电路80-82
• 5.2 IGBT隔离驱动电路82-84
• 5.3 IGBT开通和关断波形84-85
• 5.4 储能电容的电压波形85-86
• 5.5 输出电压波形及分析86-88
• 5.6 本章小结88-89
• 第六章 结论与展望89-91
• 6.1 结论89-90
• 6.2 展望90-91
• 参考文献91-93
• 致谢93-94
• 附录控制电路硬件图94-95
• 个人简历、在学期间的研究成果及发表的学术论文95

【共引文献】

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本文编号：650339