基于移相全桥的多模块AC/DC并联变换器研究

摘要

随着电力电子技术的迅猛发展以及对开关电源的体积、功率、可靠性等要求的不断提高,开关电源的高频化、大容量化、数字化已经成为其主要发展方向。而移相全桥软开关技术在不断地改进与发展的过程中展现了其独有的优势。同时,为了实现模块化及数字化,ARM控制器得到了充分的利用。另外,随着各种用电设备容量的不断增加,对大功率电源模块的需求也日益迫切,由于单一地提高单体电源模块的功率比较困难而且弊端较多,所以多电源模块并联技术应运而生。
　　本文主要以移相全桥零电压变换器作为研究对象。
　　首先,从原理入手,认真剖析了移相全桥零电压变换器的工作过程,总结其优缺点,提出改进方案,利用非线性的饱和电感代替传统的线性电感,大大改善了移相全桥电路直流变换的效果。在此基础上对变换器的各器件参数进行了详细的分析设计与计算,包括变压器变比、超前滞后桥臂并联电容、饱和电感电感量及临界电流、死区时间、输出滤波电感电容等。
　　其次,从多电源模块并联系统的实际应用出发,详细介绍了开关电源并联系统的重要性及意义,深入研究了输出阻抗法,主从设置法,最大电流法等多种均流方法并确定了本系统的均流措施;建立了带饱和电感的移相全桥零电压变换器的小信号模型并在Matlab/Simulink环境下搭建了系统仿真模型,进行了单电源模块开环仿真、电压电流双闭环仿真。根据最大电流均流法原理搭建了两模块并联系统仿真模型并验证了本设计采用的均流措施的可行性。
　　然后,根据系统性能指标,确定了电路中各器件型号,搭建了系统主电路。根据ARM芯片设计了系统的控制电路并利用STM32F103ZE处理器实现了移相控制策略,完成了增量式PI数字控制算法的软件编程,给出了系统整体的程序框架,并对其可行性进行了验证。
　　最后,在理论分析及仿真验证的基础上,本文搭建了系统的实验平台即带饱和电感的移相全桥零电压变换器的硬件电路并对其进行了大量的实验,验证了电路参数的合理性及设计方案的可行性。

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第1章 绪 论

1.1 课题背景

1.2 软开关技术简介

1.3 数字控制技术

1.4 开关电源并联系统简介

1.5 本课题主要研究内容

第2章 移相全桥零电压变换器分析

2.1 移相全桥变换器的工作原理

2.2 基本移相全桥变换器分析

2.3 带饱和电感的移相全桥变换器分析

2.4 带饱和电感的移相全桥变换器各参数计算

2.5 本章小结

第3章 直流电源并联技术及系统仿真

3.1 两模块并联系统研究

3.2 移相全桥零电压变换器的数学模型

3.3 PI双闭环控制器设计

3.4 单模块系统仿真

3.5 两模块并联系统仿真

3.6 本章小结

第4章 移相全桥变换器软硬件设计

4.1 主电路设计

4.2 控制电路设计

4.3 系统软件设计与实现

4.4 本章小结

第5章 实验结果及分析

5.1 实验环境

5.2 硬件实验波形分析

5.3 实验中遇到的问题

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢