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电源热插拔技术的研究

作　者: 赵继成
导　师: 姚绪梁
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 热插拔 分布式电源 Saber仿真
分类号: TM46
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 32次
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内容摘要


热插拔技术是实现电源连续运行和不停机维护的关键技术。对电源设备关键部件进行冗余备份,并在不中断系统工作的条件下更换出故障的电源和对系统进行扩容,是提高电源系统可靠性最有效的方法,因此电源的热插拔技术受到越来越多的关注。热插拔功能在电源设计中是非常重要的。在采用故障容限电源架构的应用系统中,都要求带有热插拔功能以满足零停机时间的要求。在热插拔过程中,热插拔功能要避免电压、电流产生明显波动。首先,本文介绍了DC/DC变换器的拓扑结构,以Buck型DC/DC变换器为例建立并联运行的模型,并且基于状态空间平均法从理论上分析了Buck型DC/DC变换器并联系统模块输出电流不平衡产生的原因以及决定不平衡情况的因素。其中,DC/DC变换器的控制策略采用电流环为内环,电压环为外环的双环控制,控制器采用传统的PI控制器。在均流方法上,综合考虑成本和均流精度,本文采用最大电流自主均流法实现DC/DC变换器之间的均流。其次,本文在并联运行的DC/DC变换器之间实现热插拔控制器的功能,介绍了热插拔控制器的设计方法,包括电流检测模块、微控制器及驱动模块和功率电流限制模块三部分。在此基础上,研究了热插拔连接器的几个关键问题,重点介绍了在热插拔过程中抑制浪涌电流和电压上升和跌落的控制方法,建立仿真模型对提出的方法验证,并且设计了硬件电路。硬件电路以数字信号处理器TMS320F28335芯片为控制核心,设计了硬件实验电路,电路包括主控制电路、功率电路、驱动电路、检测电路、采样电路和保护电路等。系统控制程序的编写采用模块化的编程结构。程序由主程序和中断服务子程序构成,主程序负责功能模块进行初始化,设置参数,为各个中断驱动的控制任务开放中断,执行中断服务子程序；中断服务子程序包括插入过程服务子程序和拔出过程服务子程序,主体工作包括电压检测、定时功能以及驱动模拟开关等。最后,通过实验采集到热插拔后的电压和电流,变换器平均承担了负载电流,均流效果良好,而且电压在热插拔过程中的电压波动平稳,验证了采用方法的可行性。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-9
第1章 绪论  9-13
  1.1 课题研究的背景及意义  9-11
  1.2 国内外相关技术的发展  11
  1.3 论文的主要内容及结构安排  11-13
第2章 热插拔技术和并联均流的基本理论  13-25
  2.1 热插拔技术介绍  13-15
    2.1.1 热插拔原理介绍  13-14
    2.1.2 热插拔限流方法介绍  14-15
    2.1.3 热插拔控制器简介  15
  2.2 开关电源并联均流介绍  15-22
    2.2.1 均流原理介绍  16-18
    2.2.2 均流方法介绍  18-22
  2.3 各种均流方案比较  22-24
  2.4 本章小结  24-25
第3章 DC/DC变换器并联系统的建模与仿真  25-38
  3.1 DC/DC变换器的基本拓扑结构  25-28
    3.1.1 基本DC/DC变换器  25-26
    3.1.2 采用隔离变压器的DC/DC变换器  26-28
  3.2 基于状态空间平均法的小信号分析  28-31
  3.3 基于Saber平台的并联仿真  31-37
    3.3.1 仿真软件Saber介绍  32-33
    3.3.2 仿真模块的功能介绍  33-36
    3.3.3 基于Saber的并联系统仿真  36-37
  3.4 本章小结  37-38
第4章 热插拔控制器建模与仿真  38-49
  4.1 热插拔控制器设计方法  38-41
    4.1.1 各功能模块介绍  38-40
    4.1.2 设计中的几个关键问题  40-41
  4.2 热插拔控制器建模  41-43
    4.2.1 均流模块  42-43
    4.2.2 电压抑制电路  43
  4.3 热插拔控制器仿真  43-48
    4.3.1 热插拔过程中插入过程的现象  44-45
    4.3.2 热插拔过程中拔出过程的现象  45-47
    4.3.3 采用热插拔控制器后输出的波形  47-48
  4.4 本章小结  48-49
第5章 热插拔控制器硬、软件设计及实验验证  49-65
  5.1 数字信号处理器TMS320F28335简介  49
  5.2 硬件电路设计  49-61
    5.2.1 主控制电路  49-50
    5.2.2 主电路功率开关器件的选择  50-51
    5.2.3 驱动芯片介绍  51-52
    5.2.4 保护电路设计  52-55
    5.2.5 电流检测电路设计  55-56
    5.2.6 电压检测电路设计  56-57
    5.2.7 电平转换电路设计  57-58
    5.2.8 采样电路设计  58-60
    5.2.9 隔离电路设计  60-61
  5.3 软件设计  61-63
    5.3.1 主程序设计  61-62
    5.3.2 中断程序设计  62-63
  5.4 实验波形  63-64
  5.5 本章小结  64-65
结论  65-66
参考文献  66-69
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  69-70
致谢  70

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 变压器、变流器及电抗器 > 变流器
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