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隔离式DC/DC变换器的研究

作　者: 宫占英
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: 电力电子双管正激变换器抗干扰能力单周期
分类号: TM46
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

高功率密度、高可靠性和高稳定性是现代电力电子功率变换器不断追求的目标。随着开关电源技术的迅猛发展,研制出了多种不同形式的变换器。DC/DC变换技术作为开关电源技术的重点,也是开关电源技术发展的基础,其它各种形式的变换电路都是由DC/DC变换电路演变而来的,DC/DC变换电路是一组电参数的直流电能变换为另一组电参数的直流电能的电路,它能完成以下功能：直流电幅值变换、直流电极性变换、直流电路阻抗变换和有源滤波,可应用于直流电机调速、直流焊机、电解电镀电源、开关电源、功率因数校正等场合。在实际的大量应用中,需要具有变压器隔离的开关变换器,以实现变换器输入与输出之间的直流隔离。现在一般采用高频变压器隔离型直流变换技术来实现隔离,当需要高的升压或降压变换比时,隔离式变压器的应用可以允许变换器最优化。通过选择合适的变压器变换比,可以将施加在开关管和二极管上的电压或电流应力最小化,从而提高变换器的工作效率,并降低损耗。双管正激变换器作为一种主要的隔离式电力电子功率变换器,由于其开关电压应力低,具有内在抗桥臂直通能力强等优点,使得它在通信电源、焊接电源、计算机电源等很多领域都得到了广泛的应用。本文以双管正激变换器为研究对象,阐述了双管正激变换器的主电路拓扑结构,分析了双管正激变换器的基本工作原理,在此基础上,设计出一种新型双管正激变换器,既可以实现开关管的工作占空比大于0.5,又同时可以使开关管以软开关方式运行以降低开关损耗。将单周期控制技术应用于双管正激变换器中,利用单周期控制技术可以使开关变量在一个开关周期中精确地跟随给定值这个特性,从而提高系统的动、静态特性。针对单周期控制技术负载调整性能薄弱的不足,提出了将单周期与PID相结合的控制策略。将改进后的单周期控制技术运用到新型双管正激变换器中,对系统的电压、负载及给定等参数突变情况分别进行了研究与分析,研究结果表明,此系统具有良好的动、静态特性及较强的抗干扰能力。为了验证理论分析及仿真研究的正确性,本文对整个系统的主电路和控制电路分别进行了硬件设计,搭建了双管正激变换器的系统实验平台,在系统实验平台上进行了实验,并对实验结果进行了分析。实验结果表明,理论分析与仿真研究是正确的。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-15
  1.1 课题研究的背景和意义  10-11
  1.2 课题研究的国内外发展现状  11-13
    1.2.1 开关电源的发展趋势  11
    1.2.2 隔离式DC/DC变换器的国内外研究进展  11-13
  1.3 课题研究的主要内容  13-15
第2章隔离式DC/DC变换器  15-25
  2.1 反激变换器  16-17
  2.2 单管正激变换器  17-21
    2.2.1 RCD箝位正激变换器  18-19
    2.2.2 谐振复位正激变换器  19-20
    2.2.3 有源箝位正激变换器  20-21
  2.3 双管正激变换器  21-22
  2.4 移相全桥DC/DC变换器  22-23
  2.5 隔离型双向DC/DC变换器  23-24
  2.6 本章小结  24-25
第3章新型双管正激变换器及其控制技术  25-51
  3.1 传统双管正激变换器  25-27
  3.2 谐振复位双管正激变换器  27-31
    3.2.1 主电路结构和理想工作波形  28-31
    3.2.2 电路特性  31
  3.3 RCD复位双管正激变换器  31-35
    3.3.1 主电路结构和理想工作波形  31-34
    3.3.2 电路特性  34-35
  3.4 两种宽范围双管正激变换器的比较  35-36
  3.5 双管正激变换器的小信号分析  36-41
  3.6 新型双管正激变换器  41-44
  3.7 控制技术  44-50
    3.7.1 电压型控制技术  44-45
    3.7.2 电流型控制技术  45-48
    3.7.3 单周期控制技术  48-50
  3.8 本章小结  50-51
第4章系统仿真研究验证 #4(?)  51-64
  4.1 基于单周期控制的新型双管正激变换器 #4(?)  51-52
  4.2 系统的可行性分析 #4(?)  52-54
  4.3 系统仿真研究 #4(?)  54-60
    4.3.1 输入电压和负载保持不变 #4(?)  55-56
    4.3.2 输入电压扰动抑制 #4(?)  56-58
    4.3.3 负载突变 #4(?)  58-59
    4.3.4 输入电压加扰动同时给定值突变 #5(?)  59-60
    4.3.5 纹波电压 #5(?)  60
  4.4 新型单周期控制技术 #5(?)  60-63
  4.5 本章小结  63-64
第5章硬件设计与实验  64-72
  5.1 主电路设计  64-67
    5.1.1 变压器的设计  64-65
    5.1.2 输出滤波电路设计  65-66
    5.1.3 箝位电容的选择  66
    5.1.4 主开关管的选择  66-67
  5.2 控制电路设计  67-69
    5.2.1 积分复位电路  67-68
    5.2.2 比较器电路  68
    5.2.3 RS触发器电路和最大占空比限制电路  68
    5.2.4 矩形波发生电路  68-69
    5.2.5 隔离驱动电路  69
  5.3 实验结果与分析  69-71
  5.4 本章小结  71-72
结论  72-73
参考文献  73-76
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  76-77
致谢  77

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