大功率DC-DC变换器串并联技术的研究

摘要

近年来，随着电力电子技术的发展，以及电力电子产品应用范围的不断扩大，人们对应用于高压大功率场合高性能、高可靠性的功率变换器的需求不断提高。若采用单个DC-DC变换器进行功率变换，需要面临输入电流和输出电流脉动过大、功率开关管电压应力过高、损耗大以及电磁干扰严重等问题，将多个变换器模块通过串并联的方式进行组合能够很好地解决上述问题。DC-DC变换器串并联组合系统主要优点有:功率器件电压与电流应力低;系统能够实现冗余，可靠性高;标准化的变换器模块可以减少开发成本和研发周期;组合方式灵活，能够满足不同输入输出功率等级的需求等。
　　 本文首先从功率平衡的角度出发，揭示了四类组合系统输入输出之间的内在联系，详细分析了输入侧和输出侧分别采用均压/均流控制策略时组合系统的稳定性。以ZVS全桥变换器为基础模块，深入研究了输入并联输出串联(IPOS)和输入串联输出并联(ISOP)两种组合系统。基于交错控制，分别对两种组合系统的主要特性及影响输入/输出电压/电流均衡的因素进行了详细分析;在全桥变换器小信号模型的基础上，分别建立了两种组合系统的小信号数学模型，并详细设计了其控制方案。然后通过Matlab/Simulink分别建立了IPOS和ISOP两种组合系统的仿真模型，实现了组合系统输入/输出电压/电流的均衡，且输出特性良好，验证了理论分析的正确性及其控制方案的有效性。
　　 最后分别总结了IPOS和ISOP组合系统的特点和规律,其结论可以推广到其他电路拓扑，如正激、推挽、半桥等。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究的背景

1．2 DC-DC变换器串并联组合系统

1．2．1 IPOP组合系统

1．2．2 IPOS组合系统

1．2．3 ISOP组合系统

1．2．4 ISOS组合系统

1．3 论文选题的意义及主要工作

1．3．1 论文选题的意义

1．3．2 论文主要工作

第2章 DC-DC变换器串并联组合系统分析

2．1 串并联组合系统均压／均流分析

2．1．1 IPOP组合系统

2．1．2 IPOS组合系统

2．1．3 ISOP组合系统

2．1．4 ISOS组合系统

2．2 串并联组合系统稳定性分析

2．2．1 输入均压／均流控制

2．2．2 输出均压／均流控制

2．3 本章小结

第3章 ZVS全桥DC-DC变换器

3．1 ZVS全桥变换器工作原理

3．2 副边占空比丢失

3．3 全桥变换器小信号模型

3．4 仿真分析

3．5 本章小结

第4章 IPOS全桥变换器组合系统的研究

4．1 IPOS组合系统交错控制时的特性

4．1．1 输入电流纹波分析

4．1．2 输出电压纹波分析

4．2 IPOS组合系统均压均流分析

4．2．1 输入均流与输出均压的关系

4．2．2 影响系统输出均压的因素

4．3 IPOS组合系统主电路小信号模型

4．4 IPOS组合系统控制策略

4．4．1 输出电压闭环设计

4．4．2 输出均压闭环设计

4．5 仿真分析

4．6 IPOS组合系统特点与规律

4．7 本章小结

第5章 ISOP全桥变换器组合系统的研究

5．1 ISOP组合系统交错控制时的特性

5．1．1 输入电压纹波分析

5．1．2 输出电流纹波分析

5．2 ISOP组合系统均压／均流分析

5．2．1 输入均压与输出均流的关系

5．2．2 影响系统输入均压输出均流的因素

5．3 ISOP组合系统主电路小信号模型

5．4 ISOP组合系统控制策略

5．4．1 输入均压闭环设计

5．2．2 输出电压闭环设计

5．5 仿真分析

5．6 ISOP组合系统特点与规律

5．7 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文