高频开关型可并联大电流直流模块基础技术研究

摘要

随着工业生产的进步，各行各业对大电流直流变流装置的需求越来越高、越来越严格，传统直流变流装置由于其多采用工频整流方案，所以存在质量与体积大、灵活性不够、功率因数低等缺点，逐渐不能满足行业需求，与之相反利用数字化控制的开关电源具有可靠、稳定、灵活、易扩展等特点逐步被行业内接受并不断推广，由于单个电力电子器件的输出功率限制了模块总输出功率的大小，所以多个模块并联输出成为发展主流，均流问题也成为多模块并联工作以达到大功率输出的关键技术所在。
　　本文在简单回顾高频开关电源发展历程的基础上，分析了移相全桥软开关技术在提高功率因数、减小器件损耗、延长器件寿命方面的重要作用，探讨了高频开关电源的工作原理，对多模块并联使用时采用的均流方法作了详细分析和比较，设计出一套开关型大电流可并联直流电源模块的方案，其中包括整流管整流桥、由IGBT组成的逆变桥、高频变压器、输出全波整流、直流输出滤波环节。本文设计的开关电源系统以DSP芯片作为核心控制器件，用以完成电源模块的保护、根据给定输入利用模糊PID算法产生驱动移相全桥的PWM脉冲、电源模块实时运行状态监控等功能。为了扩大输出电流,各并联模块间使用最大电流均流法使系统达到稳定输出。
　　仿真分析和部分实验结果表明，论文所研究设计的大电流开关电源模块可以很好的实现设计目的，功率因数有所提高，输出电压达到了稳定的控制，以DSP作为核心控制器件实现了电压可调，最大电流均流法可以保证多个模块并联输出时电流差别不大，整个设计方案具有很好的工程实用价值。通过本论文的研究工作，有助于对大电流可并联软开关电源的分析、设计与建模，为拓展移相全桥软开关电路的应用奠定了基础。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 高频开关电源概述

1．2 高频开关电源的背景及发展现状

1．2．1 开关电源用电力电子器件----IGBT的发展

1．2．2 高频开关电源的闭环控制技术

1．2．3 高频开关电源主电路变换技术的发展

1．3 高频开关电源的发展趋势

1．3．1 高频化和小型化

1．3．2 功率因数校正技术

1．3．3 电磁兼容性(EMC)的设计技术

1．3．4 高频开关电源的模块化

1．3．5 高频开关电源的数字化

1．4 本课题选题背景与所做的工作

1．4．1 课题的选题背景

1．4．2 课题的主要研究内容

第二章 高频开关电源的基本电路拓扑

2．1 DC／DC变换器的分类

2．2 PWM变换器的主电路拓扑

2．2．1 Buck变换器

2．2．2 Boost变换器

2．2．3 Buck-boost变换器

2．2．4 Cuk变换器

2．3 带变压器隔离的DC／DC变换器

2．4 本章小结

第三章 移相控制ZVS PWM DC／DC全桥变换器

3．1 移相全桥ZVS-PWM变换器的电路原理图

3．2 移相全桥ZVS-PWM变换器的工作过程分析

3．3 本章小结

第四章 开关电源的并联均流技术

4．1 均流的概念

4．2 均流的原理

4．3 常用的均流方法

4．3．1 输出阻抗法

4．3．2 主从设置法

4．3．3 平均电流自动均流法

4．3．4 最大电流自动均流法

4．3．5 热应力自动均流法

4．3．6 外加均流控制器法

4．4 均流方案综述

4．5 本章小结

第五章 电源模块硬件电路设计

5．1 性能指标与总体结构设计

5．1．1 性能指标

5．1．2 总体结构设计

5．2 主电路拓扑结构选择

5．3 高频变压器设计

5．3．1 变压器的电磁分析

5．3．2 高频变压器的设计

5．4 电力电子器件的选取

5．5 电力电子器件的保护

5．6 输出整流电路的设计

5．6．1 输出整流管的选择

5．6．2 输出滤波电感和电容的计算

5．7 驱动电路设计

5．8 本章小结

第六章 数字控制器与软件部分设计

6．1 TMS320F2812的结构和配置

6．2 TMS320F2812的PWM生成机制

6．3 模数转换模块

6．4 软件部分设计

6．4．1 模糊自适应PID控制器的设计

6．4．2 PWM程序设计

6．4．3 软件部分设计框图

6．4．4 软件设计环境搭建

6．5 数字控制器实验结果分析

6．6 主电路的仿真与结果分析

6．7 本章小结

第七章 结论与展望

7．1 结论

7．2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文