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高压直流断路器是保证直流输电系统安全稳定运行的关键设备,由于技术的限制,现阶段还难以制造出单个满足应用环境要求的功率半导体器件,这就需要通过串联的方式保证足够的耐压。鉴于这种应用环境,本文设计了一种针对混合式直流断路器门极供电的高压隔离驱动电源。
本文首先介绍了高压直流断路器的种类与工作原理,得到混合式直流断路器的驱动要求。然后介绍了多路隔离驱动电源的结构和国内外研究现状,在对比和总结的基础上引出本文研究的方向。根据混合式直流断路器驱动要求的特殊性,确定从四个模块展开对多路隔离驱动电源的研究:包括功率因数校正模块、全桥LCL谐振变换器模块、串联交流母线多路输出与隔离模块以及后级的整流稳压模块。
针对功率因数校正模块,选择CCM模式下基于Buck变换器的功率因数校正电路,研究了Buck变换器在不同工作模式下的工作原理与控制策略,最终确定了基于单级Buck变换器的平均电流模式控制方案。建立BuckPFC的小信号模型,且完成电压电流双环设计。然后分析了LCL谐振变换器的工作过程和工作原理,应用交流分析法对不同条件下的输出特性进行研究。以全波整流的方式实现对恒流源的AC/DC变换,基于TL431实现对整流输出后的线性稳压。最后,选择UCC29910A电源管理芯片作为BuckPFC的控制核心,对功率因数校正模块进行电路设计、参数计算与选型。选择TMS320F2812作为谐振变换器的控制芯片,完成了对LCL谐振变换器中关键器件的选型、驱动电路的设计以及磁性元件的详细设计过程与建模。
基于系统设计的参数采用Simplorer和Maxwell软件对多路隔离驱动电源电路进行了初步的建模仿真。最后建立了一台单路输出3W、0.6A的多路隔离驱动电源的实验样机,验证了设计的可行性和有效性。与其它拓扑结构相比,具有结构简单,扩展性能良好,输出特性更加稳定的优点,能够有效满足混合式直流断路器门极供电的需求,并且可方便的应用到高压环境,多路输出的装置中去,应用前景可观。
本文首先介绍了高压直流断路器的种类与工作原理,得到混合式直流断路器的驱动要求。然后介绍了多路隔离驱动电源的结构和国内外研究现状,在对比和总结的基础上引出本文研究的方向。根据混合式直流断路器驱动要求的特殊性,确定从四个模块展开对多路隔离驱动电源的研究:包括功率因数校正模块、全桥LCL谐振变换器模块、串联交流母线多路输出与隔离模块以及后级的整流稳压模块。
针对功率因数校正模块,选择CCM模式下基于Buck变换器的功率因数校正电路,研究了Buck变换器在不同工作模式下的工作原理与控制策略,最终确定了基于单级Buck变换器的平均电流模式控制方案。建立BuckPFC的小信号模型,且完成电压电流双环设计。然后分析了LCL谐振变换器的工作过程和工作原理,应用交流分析法对不同条件下的输出特性进行研究。以全波整流的方式实现对恒流源的AC/DC变换,基于TL431实现对整流输出后的线性稳压。最后,选择UCC29910A电源管理芯片作为BuckPFC的控制核心,对功率因数校正模块进行电路设计、参数计算与选型。选择TMS320F2812作为谐振变换器的控制芯片,完成了对LCL谐振变换器中关键器件的选型、驱动电路的设计以及磁性元件的详细设计过程与建模。
基于系统设计的参数采用Simplorer和Maxwell软件对多路隔离驱动电源电路进行了初步的建模仿真。最后建立了一台单路输出3W、0.6A的多路隔离驱动电源的实验样机,验证了设计的可行性和有效性。与其它拓扑结构相比,具有结构简单,扩展性能良好,输出特性更加稳定的优点,能够有效满足混合式直流断路器门极供电的需求,并且可方便的应用到高压环境,多路输出的装置中去,应用前景可观。