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数字控制ZVZCS半桥三电平直流变换器研究

作　者: 赵永建
导　师: 刘星桥
学　校: 江苏大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 三电平 ZVZCS 无源箝位 电压应力 数字控制
分类号: TM46
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 129次
引　用: 1次
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内容摘要


随着人们对电源设备电磁兼容的要求越来越高,一般都要在电源设备中加入功率因数校正环节(PFC)以减小电流谐波的污染,但这将使得后级直流变换器开关管的电压应力大大增加,给器件的选取带来了困难。三电平(TL)变换器可以使开关管电压应力仅为输入电压的一半,它和软开关结合起来,非常适用于高输入电压、中大功率的应用场合。三电平直流变换器的概念一经提出就得到了各国学者的重视,短短十几年内,相继提出了多种改进型三电平直流变换器拓扑。本文在分析了目前出现的各类软开关三电平直流变换器拓扑的优缺点的基础上,提出了一种新型的、具有无源箝位网络的ZVZCS半桥三电平直流变换器。该拓扑实现了所有功率开关管的软开关和二极管的软换流,具有结构简单,易于实现,副边电压应力较低等优点,同时还改善了传统ZVZCS三电平变换器的占空比丢失问题,使得整机功率损耗小、效率高,具有较高的工程价值。本文详细分析了新型ZVZCS三电平直流变换器的工作原理和软开关的实现策略。在此基础上探讨了电路中主要元件参数的选取原则,给出了变换器参数的优化设计,并利用仿真软件Pspice9.2对变换器主电路工作状况进行了仿真分析。基于此拓扑结构,设计了开关频率为35kHz,功率为960W(48V/20A)的新型ZVZCS三电平直流变换器实验样机一台。为了控制精度和提高系统稳定性以达到更好的效果,设计中采用ARM芯片LPC2214作为控制芯片,实现了数字化控制,并且设计了相关的驱动电路、采样电路和保护电路等。最后对样机进行了调试,测试了变换器各部分的主要波形。实验结果进一步证实了理论分析的正确性。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-7
目录  7-10
第一章 绪论  10-19
  1.1 软开关技术概述  10-12
  1.2 三电平直流变换器  12-15
    1.2.1 三电平直流变换器的产生  12-14
    1.2.2 三电平直流变换器的分类和研究现状  14
    1.2.3 三电平直流变换器的应用  14-15
  1.3 控制技术的数字化发展趋势  15-17
    1.3.1 模拟控制存在的弊端  15
    1.3.2 数字电源的发展  15-16
    1.3.3 数字电源系统的发展现状和所面临的问题  16-17
  1.4 课题选题意义  17
  1.5 论文内容结构  17-19
第二章 半桥三电平直流变换器拓扑结构分析  19-35
  2.1 半桥三电平直流变换器典型拓扑结构分析  19-25
    2.1.1 传统ZVS半桥三电平变换器  19-20
    2.1.2 几种典型的ZVZCS半桥三电平变换器  20-25
  2.2 本文提出的新型ZVZCS半桥三电平直流变换器  25-34
    2.2.1 主电路工作原理及详细模态分析  25-31
    2.2.2 主电路设计考虑  31-34
  2.3 本章小结  34-35
第三章 变换器工作模态仿真分析  35-43
  3.1 仿真模型和参数  35-36
  3.2 仿真波形分析  36-42
    3.2.1 零电压零电流分析  36-38
    3.2.2 变换器主电路工作状态分析  38-42
  3.3 本章小结  42-43
第四章 ZVZCS三电平直流变换器主电路设计  43-57
  4.1 主电路结构  43-44
  4.2 交流输入回路设计  44-47
    4.2.1 熔断器的选择  44-45
    4.2.2 上电浪涌抑制电路  45
    4.2.3 EMI滤波器  45-46
    4.2.4 桥式整流器的选择  46
    4.2.5 输入滤波电容器选择  46-47
  4.3 半桥三电平逆变器参数选择与设计  47-53
    4.3.1 功率开关管选择  47
    4.3.2 箝位二极管的选取  47
    4.3.3 分压电容和飞跨电容的选取  47-48
    4.3.4 超前桥臂开关管并联电容的选取  48-49
    4.3.5 漏感设计  49
    4.3.6 箝位电容C_A的设计  49
    4.3.7 高频变压器设计  49-53
  4.4 输出整流滤波电路设计  53-56
    4.4.1 输出整流二极管选择  53-54
    4.4.2 输出滤波电感设计  54-55
    4.4.3 输出滤波电容计算  55-56
  4.5 本章小结  56-57
第五章 ZVZCS三电平直流变换器数字控制系统设计  57-70
  5.1 LPC2214简介  57-59
  5.2 控制系统软件设计  59-64
    5.2.1 数字PID控制算法  59-60
    5.2.2 移相PWM信号的生成  60-62
    5.2.3 程序流程图  62-64
  5.3 控制系统硬件电路设计  64-69
    5.3.1 驱动电路设计  64-66
    5.3.2 采样电路设计  66-67
    5.3.3 保护电路设计  67-69
  5.4 本章小结  69-70
第六章 实验结果分析  70-77
  6.1 实验平台及实验参数  70-71
  6.2 实验波形分析  71-76
  6.3 本章小结  76-77
第七章 总结与展望  77-79
  7.1 全文总结  77-78
  7.2 存在的问题及进一步的工作  78-79
参考文献  79-84
致谢  84-85
攻读硕士期间发表的论文  85

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 变压器、变流器及电抗器 > 变流器
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