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基于相位控制的压电变压器DC/DC转换器的研究

作　者: 闰朋超
导　师: 白凤仙
学　校: 大连理工大学
专　业: 电路与系统
关键词: 压电变压器 DC/DC转换器相位控制 FPGA 无感
分类号: TM46
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 23次
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内容摘要

压电变压器(Piezoelectric Transformer简称PT)相对电磁变压器而言,具有体积小、转换效率高、无电磁干扰及高功率密度等优点。其电特性表明,在一定的应用场合它可以取代DC/DC转换器中的电抗元件并具有很大优势。PT只有在谐振频率附近才能取得最大电压增益和最大效率。基于PT的DC/DC转换器控制方法目前主要有PWM、PFM、PWM/PFM混合控制及相位控制几种。PWM和PFM都不能同时兼顾谐振频率的跟踪和转换器的稳压,PWM/PFM混合控制方法的缺点是当负载变化范围较大时会导致调频范围较宽,PT效率不高；而相位控制方法可以使得PT始终工作在谐振频率附近,效率较高,而且避免了调频范围较宽的问题。本文基于压电变压器的DC/DC转换器采用相位控制方法,实现了窄带条件下的频率跟踪,具有效率高、输出稳定等特点。本文分析了压电变压器双倍压整流电路模型的效率、电压增益及压电变压器输出电流与输入电压相位差的频率特性,指出在谐振频率附近效率最高、电压增益最大,且相位差随着频率几乎呈线性变化,从而通过控制相位差可实现谐振频率的跟踪。搭建了基于FPGA的相位控制系统,基于FPGA并行特点设计了新型鉴相器,并实测得不同负载下相位差与频率、占空比的关系曲线变化规律分别一致,由此提出了相位控制算法,实现了窄带(谐振频率附近1kHz内)条件下PT谐振频率的跟踪和DC/DC转换器的稳压,且系统未使用电感元件,一定程度上减小了磁性干扰。以多层升压变压器MPT300650L0实现的DC/DC转换器(输入3.3V,输出-100V)为例进行了验证。实验结果表明无感DC/DC转换器相位控制的可行性和理论分析的正确性。最后采用不同负载和单层PT3906BR进一步验证了本文提出的相位控制方法的通用性。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-16
  1.1 课题背景  8-9
  1.2 国内外研究现状  9-15
    1.2.1 传统控制方法  9-12
    1.2.2 相位控制方法  12-15
  1.3 本文的主要工作  15-16
2 压电变压器的电气特性及驱动控制原理  16-23
  2.1 压电变压器的电气特性  16-20
  2.2 压电变压器的驱动控制原理  20-23
    2.2.1 压电变压器的驱动电路组成  20-21
    2.2.2 压电变压器的方波驱动原理  21-23
3 压电变压器DC/DC转换器的相位控制方法  23-49
  3.1 相位控制原理  23-27
    3.1.1 双倍压整流电路模型  23-24
    3.1.2 双倍压整流电路电气特性分析  24-26
    3.1.3 无感的DC/DC相位控制  26-27
  3.2 基于FPGA的相位控制系统组成  27-37
    3.2.1 逆变网络  28-30
    3.2.2 压电变压器  30
    3.2.3 整流滤波网络  30
    3.2.4 输出电压采集网络  30-32
    3.2.5 相位信息采集网络  32-36
    3.2.6 FPGA控制网络  36-37
  3.3 相位控制算法  37-45
    3.3.1 输出子模块  38-39
    3.3.2 鉴相子模块  39-44
    3.3.3 调整子模块  44-45
  3.4 相位控制实验  45-49
4 DC/DC转换器相位控制方法的通用性研究  49-58
  4.1 不同负载下相位控制方法通用性研究  49-53
    4.1.1 不同负载下压电变压器输出电流与输入电压相位差的频率特性  49-51
    4.1.2 不同负载下DC/DC转换器电压增益的频率特性  51-53
  4.2 不同型号压电变压器相位控制方法的通用性研究  53-58
结论  58-59
参考文献  59-62
附录A 基于升压PT的DC/DC转换器FPGA控制程序  62-68
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  68-69
致谢  69-70

基于相位控制的压电变压器DC/DC转换器的研究

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