输入串联输出独立的组合直流变换器均压控制策略研究

摘要

在中高输入电压场合，直流变换器面临的电压应力较高，这使得普通电力电子器件的性能无法满足电路要求。在组合直流变换器的辅助电源中，开关器件同样面临电压应力过高的问题，如果将输入串联输出独立(ISOI)的结构应用到辅助电源中，并把电压控制分散到各个模块中，这样既降低了开关器件的电压应力又满足系统的模块化设计要求。ISOI系统也面临输入不均压问题，需要采用有效的均压控制策略使系统正常工作。
　　本文首先提出了ISOI组合直流变换器的结构，根据变换器的工作原理，定量分析了各个模块在输入电压和输出电压间的相互制约关系；提出了一种输入均压控制策略，并从负载扰动和输入扰动两方面对均压控制的有效性进行分析。为方便研究，对两模块ISOI组合直流变换器进行设计，并确定了主变换器的电路拓扑为Buck，给主变换器控制电路供电的辅助电源电路拓扑为反激，主变换器和辅助电源均采用ISOI结构，并且都有各自的输入均压控制电路。对两模块ISOI反激组合变换器进行仿真，初步验证了ISOI系统结构的合理性和输入均压控制策略的有效性。
　　为了更好的分析和优化系统性能，对系统进行了小信号建模。采用状态空间法对单个Buck电路进行建模并将模型推广到两模块的ISOI Buck组合变换器，得到了控制到主模块输出电压和控制到从模块输入电压的传递函数，据此设计的补偿电路提高了系统的稳定性和动态响应能力；考虑到辅助电源的均压控制在系统启动和空载时对系统具有保护作用，也对峰值电流控制(CPM)的断续模式(DCM)反激电路进行建模，并采取了与主变换器相同的方法来分析辅助电源系统。
　　对主电路和辅助电源电路进行参数计算和器件选型，设计了相应的控制电路，并根据系统要求对补偿电路进行了合理的设计。根据理论分析和设计方案，搭建了输入电压400V、输出电压50V的两模块ISOI组合直流变换器的电路。在负载不同、电压波动以及模块器件参数有一定差异时，验证了输入均压控制策略在系统处于静态、动态都具有较好的均压效果。

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第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 多模块组合直流变换器结构及输入均压控制策略研究现状

1.3 课题主要研究内容

第2章 ISOI组合直流变换器工作原理及仿真验证

2.1 引言

2.2 ISOI组合直流变换器结构及控制方案

2.3 ISOI反激组合变换器仿真

2.4 本章小结

第3章 ISOI组合直流变换器模型建立及分析

3.1 引言

3.2 ISOI Buck组合变换器建模及控制环路分析

3.3 ISOI反激组合变换器建模及控制环路分析

3.4 本章小结

第4章 ISOI组合直流变换器主电路与控制电路设计

4.1 引言

4.2 ISOI组合直流变换器主要性能指标及整体结构

4.3 主电路设计及参数计算

4.4 控制电路设计及参数计算

4.5 ISOI组合直流变换器补偿网络设计

4.6 本章小结

第5章 ISOI组合直流变换器实验结果分析

5.1 引言

5.2 实验平台的搭建

5.3ISOI Buck组合变换器实验结果分析

5.4 ISOI反激组合变换器实验结果分析

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

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