论文部分内容阅读
随着国内经济的不断发展,高压直流电源如今广泛的应用在工业、农业、科学、医学领域。其中不乏以低压直流输入要求高压直流输出的应用场合,并且整个变换器的功率等级、输出精度、功率密度等需求也正在逐步提高,传统线性稳压电源已经难以满足人们日益进步的需求。利用现代电力电子技术和控制技术研制的开关电源成为了取代传统线性电源、满足人们应用要求的解决方案,其中多模块组合式直流变换技术是开关电源的关键技术之一。多模块组串并联组合而成的直流变换器适用于高压大功率变换场合,其中输入并联输出串联(Input-Parallel-Output-Series,IPOS)组合直流变换器尤其适用于高功率输入、高电压输出场合。实现输入均流和输出均压是该组合变换器正常工作的关键,故本文的研究重点主要体现在以下几个方面:(1)以全桥(Full Bridge,FB)直流变换器为子模块,对输入并联输出串联组合直流变换器(IPOS-DC/DC)的结构进行研究。阐述了全桥直流变换器的工作原理并分析了变压器漏感对全桥直流变换器的影响,然后建立了全桥直流变换器的小信号模型。在此基础上,建立IPOS-DC/DC整体小信号模型,并采用扰动分析法对该系统进行频域分析,推导出各个扰动变量之间的传递函数关系,为后续研究工作奠定基础。(2)对比输入均流和输出均压控制策略,揭示输入均流控制策略功率均分效果不佳的原因,对IPOS-DC/DC输出均压控制策略进行理论研究和仿真设计。考虑到IPOS-DC/DC变换器是个非线性、多变量、强耦合型系统,传统线性控制方法难以对其实现精确控制,故本文对输出电压控制器采用了非线性的设计策略,并且证明了IPOS-DC/DC输出电压控制器是Lyapunov稳定的。并针对该控制方法进行了详细的参数设计及稳定性分析。仿真结果表明研究的控制方法能实现变换器稳定输出,在外界扰动情况下保持良好的动态性能。(3)设计了一个10kV/200kW的IPOS组合变换器工程样机,详细讨论了主电路参数选取原则和步骤,然后按照这个设计的参数搭建一个5模块IPOS组合变换器实验样机,并设计和实验验证了该样机的控制系统,实验结果表明了本文研究成果的有效性及正确性。