多模块并联直流电源控制技术研究

摘要

随着科学技术的进步，电力电子技术得到了长足发展。作为电力电子技术的一个重要组成，功率变换器正向着模块化、小型化、绿色化和数字化的方向发展。特别是近年来，大功率大电流直流电源越来越多地被应用于各行各业的生产和研究之中，也越来越成为行业内的研究重点。
　　 多模块直流并联技术是提高直流电源系统可靠性、扩大变换器容量、降低开关器件电流应力、减小设备体积、降低成本的一种科学而有效的手段，可以很好地满足大功率直流电源的需求。所以，对多模块直流并联电源的相关研究具有非常的意义和价值。
　　 本文以Boost电路的理论分析为基础，对比研究各种常用Boost电路的并联结构，确定采用完全对称式作为本文三重Boost变换器模块的主电路结构。通过理论推导、计算分析了完全对称式三重化结构的Boost变换器在降低输入电流纹波、减小电感体积上的优势，并用状态平均法建立Boost变换器的动态模型，以之为依据，为变换器设计了电流内环、电压外环的双环控制系统。其中电流内环采用的是小惯性电流跟踪控制方式，电压环采用的是数字PID控制方式，这两种控制都能很方便地被数字实现。
　　 针对大功率大电流电源的研究，本文在设计的三重Boost变换器模块基础上，进一步研究两个模块的并联运行，对比分析常用的并联均流方法的优缺点，综合考虑均流精度、系统稳定性、系统复杂程度等因素，确定本文采用最大电流自动均流法作为模块间均流控制方案，并且基于最大电流法，设计了内环为电流环、中间位电压环，外环为均流环的三环双模块并联系统。
　　 完成理论分析设计之后，用Matlab搭建了单模块三重升压斩波器和两个模块并联系统的模型，对其进行仿真，得到仿真结果，并对仿真结果进行分析研究，论证理论分析的合理性。
　　 本文除了在理论上分析论证多模块多重化并联系统外，还基于意法公司型号为STM32F103的ARM处理器，设计了三重升压斩波器系统，包括所有控制电路、和采用单向跟随器的最大电流自动均流电路。另外，用MDK编写与硬件系统相应的C语言控制程序。
　　 最终搭建了实际实验平台进行实验，进行了实际三重升压斩波系统的硬件实验，取得了良好的实验结果。分析实验波形，可知道实际系统达到了多重化升压斩波电路升压稳压、提高纹波频率、减小纹波幅值、降低各个功率元件电流应力的预期目的，验证了设计方案的正确性。