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特种DC/DC变换器的研究与应用

作　者: 董书发
导　师: 张加胜
学　校: 中国石油大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 反激式变换器 混合级联型变换器 高频电流母线 状态空间模型
分类号: TM46
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 186次
引　用: 2次
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内容摘要


本文根据DC/DC变换器技术的基本原理,结合抽油机变频群控系统公共直流母线的直流电压高、大幅度波动特点及整个系统对电压等级和路数的要求,选择合适的DC/DC变换器拓扑结构,设计了适用于这种特殊场合的开关电源。首先,研究了单端反激式变换器拓扑结构,并采用此结构设计出适合于该场合下的开关电源。为了使电源的动态响应速度快,设计的闭环补偿网路参数达到最优,分析了各个环节的传递函数,并结合峰值电流控制与光耦小信号的精确模型,利用MATLAB确定补偿网路参数,同时给出反激式变压器的设计、RCD缓冲电路参数的选取流程及在PCB布线中减少电源对外围电路电磁干扰的具体措施。其次,研究并设计了一种混合级联型拓扑结构,实现多路电压输出,基本思想是先稳压再变换。前级变换器采用Buck三电平变换器,它与Buck相比具有可减少滤波电感、电容的体积,纹波电压小的优点。为得到较好的控制效果,建立了状态空间模型,并利用MATLAB确定外围补偿网路的参数。后级电路采用了正激变换器结构,提出了一种有源箝位的方案,节省了单端正激式变压器的第三绕组,使变压器的绕制简单,启动电路采用直流继电接触控制配合开关电源自启动的设计方案,简单可行。最后,研究了一种适用于特高压系统隔离的开关电源——基于公共高频交流电流母线的方案。在主电路中,恒流源产生电路采用双Buck电路,通过全桥逆变器及CL滤波网络得到高频正弦电流信号,将母线穿过高导磁环,副边侧通过整流滤波得到输出电压,并通过双闭环控制策略使输出电压稳定,为防止输出电压过高设计并采用过压保护电路。本文研究并设计了适用于抽油机变频群控系统这种特殊场合的开关电源,进行了大量实验并设计出样机。实验结果表明,样机运行稳定可靠、各项测试指标符合实验要求,证明了选择方案的正确性和可行性。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 前言  9-17
  1.1 特种开关电源的概述  9-10
  1.2 DC/DC 变换器的研究现状  10-13
    1.2.1 DC/DC 变换器相关技术的发展  10-11
    1.2.2 DC/DC 变换器建模的方法  11-12
    1.2.3 电路仿真软件的发展概况  12-13
  1.3 课题提出的背景及意义  13-15
    1.3.1 油井变频群控技术  13-14
    1.3.2 抽油机变频群控系统直流母线电压的特点  14
    1.3.3 DC/DC 变换器在变频控制终端实现的意义  14-15
  1.4 本论文的主要工作  15-17
第2章 DC/DC变换器的工作原理及模型  17-24
  2.1 DC/DC 变换器控制系统概述  17-18
  2.2 DC/DC 变换器的基本拓扑结构  18-21
    2.2.1 非隔离型变换器的拓扑结构  18-19
    2.2.2 隔离型DC/DC 变换器的拓扑结构  19-21
  2.3 DC/DC 变换器的状态空间平均模型  21-24
第3章 反激式变换器的在变频控制终端的设计及实现  24-48
  3.1 反激式变换器的电路结构  24-25
  3.2 斜坡补偿电路的设计  25-29
  3.3 反激式变换器闭环系统的设计  29-38
    3.3.1 非理想反激式变换器的小信号模型  29-31
    3.3.2 峰值电流控制器的精确模型  31-32
    3.3.3 控制环节的传递函数  32-34
    3.3.4 补偿网路及外围电路的设计  34-38
  3.4 RCD 缓冲电路的设计  38-41
  3.5 反激式变压器的设计  41-44
  3.6 PCB 布局及系统性能分析  44-48
    3.6.1 PCB 布局与布线的设计  44
    3.6.2 实验波形及性能分析  44-48
第4章 混合级联型变换器的在变频控制终端的设计及实现  48-61
  4.1 主电路结构的设计  48-49
  4.2 Buck 三电平变换器控制系统的设计  49-56
    4.2.1 Buck 三电平的状态空间模型  50-52
    4.2.2 控制补偿网络的设计  52-55
    4.2.3 SG3525 启动电路的设计  55-56
  4.3 有源箝位式单端正激式变换器的设计  56-58
    4.3.1 多路单端正激式变换器的设计  56-57
    4.3.2 正激式变压器的设计  57-58
  4.4 实验波形及性能分析  58-61
第5章 基于高频电流型母线的多路隔离电源的研究及设计  61-77
  5.1 高频交流母线的概述  61-62
  5.2 主电路的设计及分析  62-72
    5.2.1 主电路的结构  62-63
    5.2.2 主电路的状态分析  63-69
    5.2.3 仿真电路及波形分析  69-72
  5.3 外围电路的设计  72-75
    5.3.1 启动电路的设计  72
    5.3.2 闭环控制电路的设计  72-73
    5.3.3 驱动电路的设计  73-74
    5.3.4 过压保护电路的设计  74-75
  5.4 实验波形及相关分析  75-77
第6章 结论及展望  77-79
参考文献  79-82
致谢  82

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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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