基于双向DC/DC变换器的小功率UPS研制

论文摘要

中小企业选择合适的电源保障产品能有效的解决其对现代化办公方式的依赖,而功率在10KVA以下的小功率UPS恰好满足了中小企业在这方面的需求。由此看来UPS电源的应用地位日趋重要和广泛。但传统的小功率在线互动式UPS存在固有的缺陷,本文设计一种改进的小功率在线互动式UPS,它采用带耦合电感的双向DC/DC变换电路作为UPS的蓄电池组充放电电路。具有省去了工频变压器、对铅酸蓄电池组充电进行管理、提高蓄电池组的寿命、稳定直流总线电压、实现能量双向流动等优点。本文详细地分析了变换器的工作原理和主电路参数设计,在占空比为35%～55%之间,匝比N=6时,由蓄电池电压48V升压至直流总线电压360V,另外实现了能量的双向流动,通过仿真与实验验证了该方案的可行性。在蓄电池组检测方面,采用交流法测量蓄电池内阻,实现对蓄电池组运行参数的实时监测。另外,采用重复控制与PI控制相结合的复合数字控制算法应用在UPS主控制系统中,可以提高系统的稳定性和鲁棒性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 UPS的分类
• 1.3 在线式UPS类型
• 1.4 本文选题背景及主要研究工作
• 1.4.1 课题背景与研究的意义
• 1.4.2 本文的主要内容
• 2 在线互动式UPS总体设计
• 2.1 在线互动式UPS的基本构成
• 2.2 双向变流器四象限工作原理及其特点
• 2.3 在线互动式UPS数字控制算法研究
• 2.3.1 UPS变流器控制策略分析
• 2.3.2 重复控制与PID相结合的复合控制方案
• 2.4 本章小结
• 3 双向变流器的硬件设计
• 3.1 UPS主控电路设计
• 3.1.1 LC无源滤波器的设计
• 3.1.2 功率开关管的选型
• 3.1.3 驱动电路设计
• 3.2 控制电路的硬件设计
• 3.2.1 主控制板结构
• 3.2.2 检测电路设计
• 3.3 辅助电源
• 3.4 实时时钟模块
• 3.5 通信接口方案
• 3.6 本章小结
• 4 双向变流器的软件设计
• 4.1 软件锁相技术的设计
• 4.1.1 锁相环原理
• 4.1.2 数字锁相环设计
• 4.2 UPS系统逆变控制模块
• 4.2.1 PWM信号输出接口
• 4.2.2 A/D转换模块
• 4.2.3 A/D模块较正
• 4.2.4 PWM波的产生
• 4.3 本章小结
• 5 双向DC/DC电路的设计
• 5.1 双向DC/DC变换器电路原理
• 5.2 双向DC/DC变换器的拓扑结构
• 5.3 铅酸电池的充电方法
• 5.3.1 恒流充电法
• 5.3.2 恒压充电法
• 5.3.3 混合恒压恒流充电法
• 5.3.4 脉冲充电法
• 5.4 带耦合电感双向DC/DC电路设计
• 5.4.1 双向DC/DC变换器主电路结构
• 5.4.2 占空比分析与参数计算
• 5.4.3 控制策略及软件流程设计
• 5.4.4 蓄电池在线检测系统
• 5.5 本章小结
• 6 仿真与实验结果
• 6.1 逆变系统仿真波形
• 6.2 向DC/DC变换器的仿真与实验结果
• 6.2.1 仿真结果及分析
• 6.2.2 实验结果
• 6.3 本章小结
• 7 总结与展望
• 7.1 结论
• 7.2 今后工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介及读研期间主要科研成果