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基于平均电流型控制策略的微弧氧化电源研究

作　者: 刘申月
导　师: 贲洪奇
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 电气工程
关键词: 平均电流型控制 零电压零电流开关 小信号模型 寄生振荡抑制
分类号: TM46
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


微弧氧化技术生成的陶瓷膜具有良好的耐磨、耐腐蚀、耐高温冲击和电绝缘等特性,且具有工艺流程简单、处理工件能力强、效率高、对环境污染小等优点,已获得广泛应用。微弧氧化电源是微弧氧化工艺的关键设备,对微弧氧化电源进行研究对微弧氧化技术的进步具有重要意义。本文所研究的微弧氧化电源的主电路采用移相控制ZVZCS PWM全桥拓扑,利用变压器原边串联的阻断电容和饱和电感实现软开关。对主电路进行了参数设计,并在Buck变换器的小信号模型以及移相控制ZVZCS PWM全桥变换器特点的基础上建立了主电路的小信号模型,这为进一步建立系统的模型进而研究电源的性能打下基础。以控制芯片UCC3895为核心,设计了基于平均电流型控制策略的控制电路,提高了电源的稳定性和抗干扰能力。在设计和调试电源控制回路时常采用试凑法,此方法具有盲目性,因此成本高、效率低。为克服这些缺点,本文通过建立系统的数学模型来完成控制回路的设计。将控制回路的各功能模块的传递函数与主电路的小信号模型相结合,即可得到电源系统的小信号模型。在建立系统数学模型的基础上,按照“先内环,后外环”的顺序,借助Matlab完成了控制回路电流调节器和电压调节器的设计,从而完成了整个电源控制系统的设计,满足稳态性能和抗干扰性等要求。由于隔离式DC/DC变换器副边整流二极管电压尖峰大,若不加以抑制,会引起二极管电压应力和损耗大,甚至会损坏二极管。针对此问题,建立了考虑寄生参数的副边整流桥换流时的等效模型,以此为依据对整流桥寄生振荡的产生机理进行了分析,得出了电路参数对寄生振荡的影响规律,并分析了寄生振荡的抑制方法及各自优缺点。根据文中变换器的特点,设计了RC缓冲电路抑制寄生振荡。仿真结果表明模型和电路参数对寄生振荡的影响规律是正确的,采用RC缓冲电路可有效抑制输出整流桥的寄生振荡。通过对所设计的移相控制ZVZCS PWM全桥变换器进行实验分析,验证了在较宽的负载范围内实现超前臂ZVS、全负载范围内实现滞后臂ZCS;由副边整流二极管的电压波形可知,RC缓冲电路能够较好的吸收电压尖峰。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-8
第1章 绪论  8-19
  1.1 课题背景及研究的目的意义  8-9
  1.2 开关电源控制方法  9-15
    1.2.1 电压型控制  9-11
    1.2.2 峰值电流型控制  11-15
  1.3 开关变换器的建模方法  15-17
    1.3.1 数字仿真法  15-16
    1.3.2 解析建模法  16-17
  1.4 主要工作及研究内容  17-19
第2章 主电路的设计及其小信号建模  19-31
  2.1 主电路拓扑的设计  19-24
    2.1.1 中大功率场合常用拓扑  19-20
    2.1.2 移相控制ZVS PWM全桥变换器  20-22
    2.1.3 移相控制ZVZCS PWM全桥变换器  22-24
  2.2 移相控制ZVZCS全桥变换器的小信号模型  24-30
    2.2.1 状态空间平均法  25-26
    2.2.2 小信号模型的建立  26-28
    2.2.3 主电路传递函数及数学模型  28-30
  2.3 本章小结  30-31
第3章 系统建模及控制回路设计  31-45
  3.1 平均电流型控制简介  31-33
  3.2 控制电路设计及各功能模块传递函数  33-37
    3.2.1 控制芯片的选择及外围电路设置  33-35
    3.2.2 各功能模块传递函数  35-37
  3.3 电流调节器和电压调节器的设计  37-44
    3.3.1 几个重要的传递函数简介  38
    3.3.2 电流调节器的设计  38-41
    3.3.3 电压调节器的设计  41-44
  3.4 本章小结  44-45
第4章 副边整流桥寄生振荡的分析与抑制  45-53
  4.1 引言  45
  4.2 机理分析及等效模型建立  45-48
  4.3 电路参数对寄生振荡的影响规律  48-50
  4.4 寄生振荡抑制措施分析及缓冲电路设计  50-51
  4.5 仿真分析  51-52
  4.6 本章小结  52-53
第5章 实验分析  53-57
  5.1 引言  53
  5.2 驱动电路的设计  53-54
  5.3 超前臂的软开关  54-55
  5.4 滞后臂的软开关  55-56
  5.5 副边整流二极管RC缓冲电路效果  56
  5.6 本章小结  56-57
结论  57-58
参考文献  58-62
攻读硕士学位期间发表的学术论文  62-64
致谢  64

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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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