高压直流通信电源中高频开关整流模块的研究

摘要

通信电源作为通信系统中必不可少的组成部分，其任务是安全、可靠、高效、稳定、不间断地向通信设备提供能源。目前机房主要采用交流UPS和-48V低压直流混合供电的方式，随着计算机和通信行业的高速发展，这种混合供电方式在可靠性、安全性及高能耗等方面的问题越来越凸显。高压直流供电系统克服了传统混合式供电系统的缺点，具有运行可靠、效率高、建设成本低等显著优点，已成为通信电源的一个新的研究和发展方向。
　　高压直流供电系统通常由交流配电部分、高频开关整流单元、直流配电部分和监控单元组成。本文的研究重点为高频开关整流模块的硬件拓扑和关键控制策略。整流模块由两级变换器组成：前级采用基于VIENNA拓扑的三相PFC，具有功率因数高、输入电流THD低、开关器件少、开关应力低、可靠性高等优点；后级采用一种新型的改进ZVS三电平半桥DC/DC变换器，较好地实现开关器件的零电压开关，开关器件应力低、损耗小。论文首先分析了VIENNA整流器的工作原理，研究了包括数字锁相环、三相解耦控制和中点平衡控制在内的整流器关键控制策略；其次论文在传统ZVS三电平半桥DC/DC变换器基础上，提出了一种改进型ZVS三电平半桥DC/DC变换器，有效地改善了滞后管轻载工作时ZVS的效果；论文建立了该电路的小信号模型，并针对其关键控制技术进行深入研究，采用了改进型PWM控制策略，完成了变换器在不同工作模式下（恒压、恒流、恒功率、限流回缩、均流控制）控制方案的设计和优化，以及实现了多种控制模式之间的平滑切换。论文最后设计并制作了一台5.8kW的HVDC整流模块样机，对前述理论研究进行了实验验证。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

图表清单

注释表

第一章 绪 论

1.1课题的研究背景及意义

1.2高频开关整流模块的拓扑选择分析

1.3本文主要研究内容

第二章 基于VIENNA拓扑三相PFC研究

2.1 VIENNA整流器的工作原理

2.2平均电流型Boost PFC变换器的建模

2.3 VIENNA整流器控制方法分析

2.4实验结果和分析

2.5本章小结

第三章 改进型ZVS三电平半桥DC/DC变换器研究

3.1传统ZVS三电平DC/DC变换器

3.2带箝位电路的改进型ZVS三电平半桥DC/DC变换器

3.3实验结果和分析

3.4本章小结

第四章 DC/DC变换器关键控制技术研究

4.1三电平半桥变换器的PWM控制策略

4.2 ZVS三电平半桥DC/DC变换器小信号模型

4.3 DC/DC变换器关键控制环路

4.4实验结果和分析

4.5本章小结

第五章 实验平台设计

5.1系统设计指标和总体结构

5.2 VIENNA整流器硬件电路设计

5.3 ZVS三电平半桥DC/DC变换器硬件电路设计

5.4原理样机实物图

5.5整机损耗和效率分析

5.6本章小结

第六章 总结与展望

6.1全文工作总结

6.2后续工作展望

参考文献

致谢

在学期间发表的论文及参与完成的项目