千瓦级DC/DC模块电源的研究

摘要

在相控阵雷达、导弹以及飞机等现代武器装备中，迫切需要高功率密度/大功率DC-DC变换器为其电气与电子设备提供高性能的电能，但目前国内外此类DC-DC变换器电源产品普遍存在功率密度不高以及效率低下等问题。为此，本文研究了一种适用于高压/宽电压范围输入、低压/大电流输出应用场合的高功率密度/大功率级联DC-DC变换器拓扑，其采用两级结构，前级为定频/开环工作的变压器串-并联结构的LLC谐振变换器，自动实现两个变压器上功率的均分;后级为闭环工作的交错并联Buck电路，减小了输出电压纹波。
　　本文分析了变压器串-并联LLC+交错并联Buck电路的工作原理，建立了前级LLC电路的损耗模型，进而设计LLC电路频率、励磁电感以及谐振参数，并通过后级交错Buck电路的输出电压和电流参数要求，设计Buck电路输出电感和电容参数。本文分析了当前级LLC变压器励磁电感与匝比以及后级Buck占空比等参数不一致时，该级联DC-DC变换器工作在三种不同的工作模式，且分别研究了该变换器在不同工作模式下的均流特性。并且通过理论分析、仿真和lkW全砖实验样机，验证了电路参数设计的合理性以及该级联变换器拓扑结构具有良好的自动均流特性。
　　多个电源模块间通过组成输入并联且输出并联(IPOP)、输入并联且输出串联(IPOS)、输入串联且输出并联(ISOP)、输入串联且输出串联(ISOS)系统，实现了多个电源模块之间功率的均分，有效降低了各个电源模块之间的电压和电流应力，减小了系统的体积。本文分析了在IPOP系统中常用的控制策略，并选择民主均流法作为本文的控制方法，且通过加入同步启动控制，以保证IPOP系统在启动过程的顺利工作;本文分析了在ISOP系统中常用的控制策略，并设计了无线电压前馈控制策略，且分析和研究了其实现输入电压均分的原理。搭建了两台lkW全砖实验样机，实验结果验证了IPOP和ISOP系统的正常工作。

目录

声明

摘要

1．1 课题背景

1．2 DC／DC模块电源的发展

1．2．1 简介

1．2．2 发展的难点和趋势

1．3 高功率密度拓扑的选择

1．3．1 单级隔离型DC／DC拓扑介绍

1．3．2 两级隔离型DC／DC拓扑介绍

1． 3．3 国外电源产品介绍

1．4 本文选题意义与研究内容

第二章 变压器串-并联LLC+Buck级联DC-DC变换器

2．1 级联交换器的工作原理秀

2．2 前级LLC电路变换器

2．2．1 前级LLC电路主要参数

2．2．2 损耗分析

2．3 前级LLC电路参数的设计

2．3．1 匝比设计和功率开关管的选择

2．3．2 平面变压器的分析与设计

2．3．3 励磁电感和开关频率的选择

2．3．4 谐振参数的设计

2．3．5变压器材质的选择

2．4 后级交错并联Buck电路参数的设计

2．4．1 输出滤波电感设计

2．4．2 输出滤波电容设计

第三章 级联变换器的均流特性分析

3．1 级联变换器工作模式分析

3．1．1 模式一

3．1．2 模式二

3．1．3 模式三

3．2 均流分析

3．2．1 不同工作模式下的均流特性分析

3．2．2 不同参数对于均流精度的影响

3．3 仿真和实验验证

3．3．1 PSlM仿真研究

3．3．2 实验验证

3．4 结论

第四章 级联变换器的组合

4．1 IPOP系统

4．1．1 下垂法

4．1．2 主从控制法

4．1．3 平均电流法

4．1．4 民主均流法

4．1．5 实际采用的控制方法

4．2 ISOP系统

4．2．1 三环控制策略

4．2．2 共同占空比控制策略

4．2．3 无线电压前馈均压、均流策略

4．3 多模块电源组合的控制方式

4．4 实验验证

4．5 总结

5．1 工作总结

5．2 工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢