基于交错并联移相全桥电推进电源的研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yuehan3269
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移相全桥(Phase Shifted Full Bridge,以下简称PSFB)拓扑凭借自身的诸多优点,如电路结构复杂度低、功率器件易于实现零电压开关(Zero Voltage Switch,以下简称ZVS)、电磁干扰可被改善与抑制等,而在早期的航天器电推进系统领域得到了较为普遍的使用。但另一方面,全桥拓扑也存在部分需要优化的地方,比如滞后桥臂较难实现ZVS、变压器副边侧未能将原边占空比完全转换、输入电流纹波难以消除等。传统的移相全桥结构属于降压拓扑,且通过变压器实现了电气上的隔离,但其基础电路仍与Buck型结构拓扑类似。若希望其在高压场所也能完好应用,一般会通过加大变压器变比来实现。可是,当变压器变比过大且二次侧的整流桥中二极管的耐压等级较高时,线路上的寄生阻抗,包括电感和电容,都会较大,这些寄生元件会在开关过程中产生谐振,进而会放大以上缺点。因此,研究适用于高频大功率传输场所的改进型软开关移相全桥拓扑的意义也不言而喻。本课题在调研和分析现有的PSFB衍生拓扑的基础上,提出了一种全新改进型的移相全桥电路结构。该拓扑变换器在全桥电路的基础上设计增添了一个辅助电流源支路,并采用了交错并联控制策略。通过分析电路在不同工况下的运行原理与稳态特性,从理论上验证了所提变换器的可应用性,进而进行了电路的参数设计和型号选取,基于Saber仿真软件验证仿真波形与理论分析的一致性。最后,通过状态空间平均法推演得到移相全桥拓扑的小信号交流等效电路,求解相应的开环传递函数并对其进行环路补偿设计,为闭环系统的设计做好准备。结合理论分析和参数计算,搭建了开环实验平台和闭环仿真模型,电路采用基于双闭环的移相控制。开环实验表明,所提变换器在额定输入条件下可以输出指定电压和指定功率,并具备良好的软开关特性,能够在全负载范围内实现ZVS,输入电流纹波也得到了明显的消除,即有效解决了传统移相全桥拓扑的一些固有问题,电路设计合理。而闭环仿真结果表明,设计的闭环补偿校正作用明显,可以为系统抑制各项扰动。
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