直流分布式供电系统中子模块输入输出阻抗的分析

摘要

随着功率电子变换技术的发展，构建大型直流分布式供电系统已经成为现实。但由于缺乏标准化的电力电子模块，构建大型供电系统的成本居高不下，并且系统的可靠性也难以得到保证。直到美国海军提出了电力电子积木的概念后，系统集成的概念已经越来越被认可。美国海军的贡献实际上主要提出了一种在模块层次实现系统集成的方式。本文提出从系统层次实现系统集成的新概念，即选择电力电子模块的输入、输出阻抗作为标准化的对象。基于上述思想，本文研究目的主要体现在两个方面：揭示和电力电子模块输入、输出阻抗的规律，为制定输入、输出阻抗的设计标准提供依据；通过实验验证揭示的规律的正确性。 本文第二章分析Buck类DC-DC变换器的输入、输出阻抗的特性。 第三章在第二章的基础上，以移相全桥DC-DC变换器为例，分析了输出功率等级、开关频率和控制方式对闭环输出阻抗的影响，并通过实验测试样机的输出阻抗，验证了理论分析的正确性。 第四章借鉴第三章的分析思路，以同步整流Buck变换器为例，分析了功率等级、开关频率和控制方式三个因素对Buck类DC-DC变换器闭环输入阻抗的影响，并进行实验验证。 第五章研制了由全桥DC-DC变换器和同步整流Buck变换器级联的小型直流分布式供电系统。为减小后级同步整流Buck变换器输入电流断续而导致的电流谐波含量，在两级变换器之间加入了输入滤波器。本章详细讨论输入滤波器的设计要点，给出两个设计实例并进行实验验证。实验结果表明，输入滤波器的引入，会导致后级同步整流Buck变换器的输入阻抗在中频段的范围内减小，不会对系统的稳定性有所影响，但会对系统的动态特性有所影响；具体设计时，必须从保证系统动态性能和输入电流纹波的要求来折衷考虑。