输出宽范围可调电源系统特性改善方法的研究

发布时间：2017-04-02 11:16

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【摘要】：输出宽范围可调电源在一些生产加工以及研发测试等场合发挥着重要作用,这些场合对电源的稳定性与动态特性有着较高要求。目前对于输出宽范围可调电源系统稳定性与动态特性的研究较少,基于此背景,本课题研制了一台输出宽范围可调电源,电源拓扑采用原边串饱和电感的FB-ZVZCS变换器,控制方式选用平均电流型控制方式。基于该样机对输出宽范围可调电源系统特性进行研究。平均电流型控制方式的小信号建模存在其复杂性,传统平均模型因忽略电流反馈信号中边频带信号而无法预测次谐波振荡。本文利用新型的三端等效电路模型对系统建模,获得平均电流型控制的小信号等效电路模型。该模型准确性高,可预测次谐波振荡问题,为系统环路设计提供保障。在平均电流型控制的小信号等效电路模型基础上,给出了一种比例积分型电流补偿器设计方法,获得良好的电流控制特性;分析了稳态工作点对系统控制环路设计的影响,给出了适合宽变工作点条件下电压补偿器的设计方法。在保证系统全局稳定性的同时,能获得更宽的控制带宽,提高系统的动态响应速率。平均电流型控制的输出宽范围可调电源中,固定锯齿波在低电压输出时存在过补偿问题,会给控制电压到输出电压传递函数带来过多的相位延迟,限制系统控制带宽。为解决这一问题,提出了一种阻尼系数Q恒定的斜坡自适应方法,使得每一稳态工作点下对应合适的锯齿波信号,消除稳态工作点变化对系统控制环路设计的影响,避免系统控制带宽受限的问题。以控制芯片UCC3895为核心,设计外围电路实现斜坡自适应。在理论分析及仿真验证的基础上,完成了实验平台的搭建,实验结果验证了控制环路设计方法以及斜坡自适应方法的正确性,系统在不同稳态工作点下具有良好的稳定性与动态响应速率。
【关键词】：输出宽范围 平均电流型控制 三端等效电路模型 FB-ZVZCS变换器 斜坡自适应
【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】：2015
【分类号】：TN86
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第1章 绪论10-22
• 1.1 研究目的和意义10-11
• 1.2 宽范围输出变换器11-14
• 1.2.1 固定拓扑型宽范围输出变换器11-13
• 1.2.2 变拓扑型宽范围输出变换器13-14
• 1.3 开关电源控制方式14-17
• 1.3.1 电压型控制14-15
• 1.3.2 峰值电流型控制15-16
• 1.3.3 滞环电流型控制16
• 1.3.4 平均电流型控制16-17
• 1.4 电流型控制小信号建模17-20
• 1.4.1 比例电流反馈型控制方式建模17-19
• 1.4.2 平均电流型控制方式建模19-20
• 1.5 主要研究内容20-22
• 第2章 基于三端等效电路模型的系统建模22-33
• 2.1 主电路拓扑选择与主要参数设计22-24
• 2.1.1 主电路拓扑选择22-23
• 2.1.2 主要参数设计23-24
• 2.2 平均电流型控制的宽范围适应性24-26
• 2.3 电流型控制建模的复杂性26
• 2.4 基于三端等效电路模型的系统建模26-32
• 2.4.1 三端等效电路模型27-29
• 2.4.2 平均电流型控制小信号等效电路模型29-31
• 2.4.3 等效电路模型小信号特性31-32
• 2.5 本章小结32-33
• 第3章 系统控制环路设计33-45
• 3.1 比例积分型电流补偿器设计33-37
• 3.1.1 电流补偿器设计步骤33-34
• 3.1.2 具体参数设计34-36
• 3.1.3 比例积分型电流补偿器的优点36-37
• 3.2 与传统电流补偿器设计方法相对比37-39
• 3.2.1 传统电流补偿器设计方法37-38
• 3.2.2 两种设计方法对比38-39
• 3.3 稳态工作点对系统的影响39-43
• 3.3.1 CCM模式下稳态工作点对系统的影响39-41
• 3.3.2 DCM模式下稳态工作点对系统的影响41-43
• 3.4 电压补偿器设计43-44
• 3.5 本章小结44-45
• 第4章 固定锯齿波过补偿问题的分析与解决方法45-54
• 4.1 固定锯齿波过补偿问题45
• 4.2 Q值恒定的斜坡自适应方法45-48
• 4.2.1 Q值恒定的目的45-47
• 4.2.2 Q值恒定的实现方法47-48
• 4.3 斜坡自适应的电路实现48-53
• 4.3.1 微分电路48-49
• 4.3.2 采样保持电路49-51
• 4.3.3 锯齿波发生器51-52
• 4.3.4 求和运算电路52-53
• 4.4 本章小结53-54
• 第5章 系统实现及实验分析验证54-65
• 5.1 系统构成54
• 5.2 系统硬件电路设计54-57
• 5.2.1 主电路参数与器件选择54-55
• 5.2.2 电流采样电路55
• 5.2.3 驱动电路55-56
• 5.2.4 辅助电源56-57
• 5.3 控制环路设计方法的实验验证57-60
• 5.3.1 Q值等于1方法的实现57
• 5.3.2 实验验证57-60
• 5.4 斜坡自适应方法的实验验证60-63
• 5.4.1 RC电路截止频率对微分电路的影响60-61
• 5.4.2 斜坡自适应的实验验证61-63
• 5.5 本章小结63-65
• 结论65-66
• 参考文献66-71
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果71-73
• 致谢73

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

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2 孔冰;邵忠财;陈靖涵;金俊刚;;镁合金微弧氧化技术的研究现状[J];电镀与环保;2015年02期

3 王磊;丁亚雪;赵轩;陆恒;;基于BUCK电路宽范围可调DC/DC电源的研究与设计[J];信息通信;2014年11期

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 王立伟;宽范围输入FB-ZVZCS-PWM变换器的研究[D];哈尔滨工业大学;2010年

2 孟妍;基于ZVS全桥移相变换器的大电流并联技术研究[D];华北电力大学;2012年

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本文编号：282401