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小型化航空静止变流器的研究

作　者: 赵志英
导　师: 龚春英
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: DC/DC DC/AC 反激变换器双Buck逆变器峰值电流控制损耗分析闭环设计寄生参数
分类号: TM461
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 202次
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内容摘要

本文以两级式小功率航空静止变流器为主要研究对象,结合小功率逆变电源的特点,针对效率和小型化问题,在深入理解各种拓扑特点的基础上,优选结构简洁、易于多路输出的反激电路为前级直直变换拓扑,以高效、可靠的双Buck逆变器为后级电路,并重点对反激式电路作了深入研究。在详细分析了基本反激变换器的工作原理及电路特性后,设计了120W/270VDC输入DCM模式和CCM模式下单管反激变换器和双管反激变换器,并对所设计的四台样机作了详细的损耗分析。实验结果表明,在本课题中,DCM模式的双管反激电路效率最高,单管CCM效率最低,主要是DCM模式下变压器绕组匝数及磁芯体积的减小使得变压器铜损和铁损都相应减小,从而提高了变换器效率,这与理论分析基本一致。可见,高频高压场合下,反激变压器的设计尤为关键。本文详细分析了变压器寄生参数对高频高压反激变换器的影响,讨论了通过改进绕制方法来控制变压器寄生参数,从而减小寄生参数对反激变换器的影响;针对变换器轻载时出现不稳定的现象,提出了几种解决方法,提高了电路的抗干扰性能。本文还对两种工作模式下的反激变换器进行了系统建模并对所设计的样机进行了稳定性分析和闭环设计。论文还对反激多路输出交叉调节问题进行了初步研究。双Buck逆变器是一种新颖的、高效率的、高可靠性的电路,它成功地解决了传统半桥逆变器桥臂直通的问题,且续流管和功率管可分别单独优化设计,故效率可大大提高。本文在理解双Buck逆变器工作原理的基础上,设计了一台100VA样机,并结合小功率场合的特点,将原有LEM采样改为电阻检测,既降低了成本,又节省了变换器空间,仿真验证了其可行性,实验也得到了良好的效果。最后将前后两级联调,实现整机高效、稳定、可靠运行。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-15
第一章绪论  15-24
  1.1 小功率模块化逆变电源的发展现状  15-17
    1.1.1 单级式高频链逆变器  15-16
    1.1.2 两级式高频链逆变器  16-17
    1.1.3 方案选择  17
  1.2 小功率直直变换和逆变拓扑选取  17-22
    1.2.1 前级直直变换拓扑选取  18-21
    1.2.2 后级DC/AC 逆变电路拓扑选取  21-22
  1.3 课题的研究意义与本文的研究内容  22-24
    1.3.1 本课题的研究意义  22
    1.3.2 本文研究的主要内容  22-24
第二章反激式直直变换器的研究  24-63
  2.1 反激式直直变换器电路及原理概述  24-28
    2.1.1 基本电路及工作原理  24-27
    2.1.2 双管反激电路及工作原理  27-28
  2.2 反激直直变换器的设计及损耗分析  28-37
    2.2.1 反激式直直变换器的设计  28-33
    2.2.2 反激变换器主要损耗估算  33-37
  2.3 变压器寄生参数对反激变换器的影响以及变压器小型化方案  37-54
    2.3.1 反激变压器磁工作状态分析  38-39
    2.3.2 计及寄生参数时的高频变压器模型  39-40
    2.3.3 变压器寄生参数对反激变换器的影响  40-43
    2.3.4 高频变压器寄生参数的控制  43-47
    2.3.5 实验验证  47-51
    2.3.6 轻载时电路不稳定原因及解决方法  51-53
    2.3.7 变压器小型化设计方案  53-54
  2.4 反激式直直变换器闭环控制策略研究  54-60
    2.4.1 峰值电流控制原理  54-55
    2.4.2 系统建模及稳定性分析  55-60
  2.5 反激变换器多路输出交叉调节问题研究  60-62
    2.5.1 反激多路输出交叉调节的原因分析  60-61
    2.5.2 反激多路输出交叉调整率的改善方法  61-62
  2.6 本章小结  62-63
第三章双Buck 逆变器的研究  63-70
  3.1 双Buck 逆变器构成及工作原理  63-65
    3.1.1 DBI 主电路结构  63
    3.1.2 两态调制DBI 稳态工作原理分析  63-65
  3.2 双Buck 逆变器主电路设计  65-66
    3.2.1 输出滤波电路设计  65-66
    3.2.2 功率器件选择  66
    3.2.3 其它参数的确定  66
  3.3 双Buck 逆变器控制电路构成及基本原理  66-68
    3.3.1 控制电路构成  66-67
    3.3.2 驱动电路  67-68
    3.3.3 输出过欠压保护  68
    3.3.4 过流保护  68
  3.4 电阻采样的实现及其电路仿真  68-69
  3.5 本章小结  69-70
第四章样机研制及实验验证  70-80
  4.1 前级反激变换器实验结果及分析  70-77
    4.1.1 CCM 模式RCD 箝位单管反激变换器实验结果分析  70-73
    4.1.2 DCM 模式RCD 箝位单管反激变换器实验结果分析  73-74
    4.1.3 双管反激变换器实验结果分析  74-77
  4.2 后级双Buck 逆变器实验结果  77-78
  4.3 两级联调整机实验结果  78-79
  4.4 本章小结  79-80
第五章结束语  80-82
  5.1 本文主要完成的工作  80
  5.2 下一步要完成的工作  80-82
参考文献  82-86
致谢  86-87
攻读硕士学位期间所发表的论文  87
攻读硕士学位期间获得荣誉  87-88
附录  88

小型化航空静止变流器的研究

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