多电源模块串并联系统控制策略的研究

发布时间：2020-05-07 01:26

【摘要】：日前,在电力系统、航天供电系统等领域,高压直流变换技术的应用场合日益增多,传统的电源拓扑由于器件和系统绝缘等问题,在这些场合很难正常工作。模块串并联技术利用在输入端将多个电源模块串联,可以很好地解决输入高压所引起的一系列难题,已在输入高压环境中广泛应用。目前输入串联输出并联系统的研究重点是对控制策略的改进和创新,使串并联后的系统性能能够媲美独立的电源拓扑。基于此,本文研究了一种能够实现自动热插拔功能的控制策略,包含均压和输出两个控制环路,在保证系统均压特性的同时提高系统的可靠性。针对输入串联输出并联系统在均压特性方面的要求,均压控制环路选择输入电压作为控制对象,来确保系统的均压精度。同时,输入侧采用分布式控制方式,可以实现良好的动态响应和积木式搭建功能,减小研发和设计周期;系统的输出控制环路选择电压型控制,维持系统的输出电压稳定,并连接成自动主从占空比模式,提高输出控制环路的可靠性。两个控制环路的输出相互叠加,共同调节各自模块的占空比信号,在系统输出稳定的前提下,可以保证精准的均压精度和快速的动态特性。为了实现系统的自动热插拔功能,在每个模块输入端设计了检测电路,可以在模块出现故障后迅速检测并将其切除。同时均压控制环路自动根据剩余正常模块的数量进行调整,保证正确的均压控制。此外,针对在实际应用场合中可能遇到的问题,例如器件参数失配的影响、热插拔过程中的检测和切除方式,给予相应的分析和选择方法。并提供了切除故障后,系统将承受电压和电流压力的计算公式,以便于选择合适的器件和模块数量,提高整个电源系统的可靠性和抗干扰能力。针对以上各部分研究重点,本文通过建立数学模型进行基础理论推导,并在相应的条件下利用仿真软件SIMPLIS分别从时域和频域对其验证。在论文最后搭建了三模块输入串联输出并联系统平台,利用实验对控制策略的性能进行验证。同时在仿真和实验过程中,分别在均压精度、动态响应和可靠性方面,将自动热插拔控制策略与同占空比控制策略进行效果对比,验证本文研究的控制策略的可行性。
【图文】：

仿真原理图,仿真原理图

100 10MagnitPhase(deg) 45 90010110210310410Frequency (Hz) 20MagniPhase(deg) 80 120Frequency (Hz)1102 10 40a) 建模计算得到的 Bode 图 b) 仿真扫频得到的 Bode 图图 4-4 补偿后的输出电压环的开环 Bode 图从图 4-4 可以得知：补偿后网络的穿越频率为 2.65 kHz，幅频特性曲-20 dB 的速率穿过 0 dB 线，相角裕度为 90.7°，满足稳定性标准。.3 仿真结果分析根据工作要求，本节对所设计的三电源模块组成的 ISOP 系统进行仿试，验证所研究的控制策略对系统的控制效果。仿真原理图如图 4-5 所

硬件电路,钳位

变压器漏感取为原边电感的 1%，钳位电阻的计算公式为：out fclamp clampclamp2s leak p228 kV VV VNRf L I 电压纹波 V 取为钳位电压的 10%，钳位电容的计算公式为：clampclampclamp s7.1 nFVCR f V 考虑标准电阻值、电容值，，最终取：clampR 30 k ，clampC 10 nF实验结果分析如图 5-2 所示，本文搭建的硬件平台包含三个模块，连接成 ISOP模块由反激变换器构成。ck ——钳位系数，一般取 1.3~2 之间；fV ——副边整流二极管的导通压降，取为 1 V。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V442

【参考文献】