基于平均电流模式控制的改进式自主均流法研究

摘要

随着大功率输出需求及分布式电源的迅速发展,变换器并联技术成为近年来的一个重要研究课题.而均流技术是变换器并联技术的核心,是确保电源系统的高功率密度、大功率、冗余性、高可靠性及模块化设计等得以实现的关键.目前均流策略种类繁多,其中自主均流法因其稳态均流精度高、易于实现冗余的优点得到广泛的应用,但动态过程均流效果却不理想,均流电流会出现大幅值振荡现象.为此,该文将基于平均电流模式控制技术,改进常规的自主均流法,提高其均流的动态响应.该文的研究内容主要包括以下三部分:第一部分是并联电源系统的运行特性分析,对当前各种均流策略的拓扑结构和演变过程进行详细的分类和总结,分析了它们的优缺点及适用场合.指出常规自主均流法存在大负载扰动时各电流差异大的不足,尝试通过增加快速的平均电流环以及改进均流控制环路的结构,来达到改善均流动态性能的目的.第二部分是对基于改进式自主均流技术的并联变换器进行建模和设计参数.运用三端器件模型法对并联系统建立模型,得到了主电路和控制电路的模型,给出它们传递函数和环路增益的数学表达式.据此进行三环控制回路的设计,阐述了设计电流环、电压环和均流环所遵循的一般原则和详细的设计步骤,重点研究了调节器补偿网络类型和参数的确定方法.第三部分是以基于改进式自主均流法的三环BUCK变换器并联系统为例,对其进行仿真分析和记录实验结果.频域仿真验证了系统的相对稳定性、快速性和抗干扰能力;时域仿真构造基于Simulink和SIMetrix的两种闭环仿真模型,主要研究了负载突变时均流的性能.最后给出了三台采用改进式自主均流技术的平均电流型BUCK变换器并联样机实验结果,表明所设计的系统无论在瞬态和稳态都能均分负载电流,具有良好的输出特性,快速动态响应及高度可靠性.该文提出的分析模型和设计方法,能够很好地指导系统的实际设计.

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1分布式电源系统的发展

1.2并联电源系统的均流技术

1.3开关电源的控制方法

1.4本文研究内容

1.5本章小结

第二章并联均流的主要技术分析

2.1并联均流基本原理

2.2均流控制策略

2.2.1下垂法

2.2.2平均电流均流法

2.2.3最大电流均流法

2.2.4主从均流法

2.2.5其它均流方法

2.3改进式自主均流法

2.4平均电流模式控制PWM的原理

2.5平均电流模式控制PWM的优点

2.6本章小结

第三章基于自主均流法并联变换器的模型分析

3.1三端开关器件模型法

3.2并联BUCK变换器的小信号模型

3.3控制电路的小信号模型

3.4本章小结

第四章基于改进式自主均流法BUCK变换器参数设计

4.1三环控制回路的设计

4.1.1电流环补偿网络的设计

4.1.2电压环补偿网络的设计

4.1.3均流控制器的设计

4.2输出滤波电感的设计

4.3输出滤波电容的设计

4.4续流二极管和功率MOSFET的选择

4.5控制电路的实现

4.6电流采样电路及母线驱动电路的设计

4.7本章小结

第五章基于改进式自主均流法BUCK变换器的仿真

5.1开关电源的性能指标

5.2频域仿真

5.3时域仿真

5.3.1基于Simulink的动态仿真

5.3.2基于SIMetrix的动态仿真

5.4本章小结

第六章试验结果

6.1稳态实验结果

6.2动态实验波形

6.2.1二模块，负载突变时电流波形

6.2.2三模块，负载突变时电流波形

6.2.3输出电压波形

6.2.4控制电路各点波形

6.3本章小结

结论

参考文献

攻读硕士期间发表论文

致谢