首页> 正文

集成模块电源拓扑标准化的研究

2020-11-28阅读(227)

集成模块电源拓扑标准化的研究

论文摘要

电力电子系统集成是当今电力电子技术研究的重要课题,引领电力电子技术朝集成化、标准化和模块化方向发展。高集成度的标准模块技术的研究是电力电子系统集成工作的重要组成部分,也是影响电力电子系统集成能否成功推广的关键因素。本论文从标准模块的分类、拓扑选择的标准、适合系统集成的软开关理论、标准模块拓扑结构的选择和优化、变拓扑柔性变流器理论、小信号电路的优化等方面探讨了电力电子系统集成的技术,提出了若干新思路。电力电子系统集成的应用对象是世界上主流的电源产品,文中首先对此进行了调查和分析,分析了各种电力电子系统的要求、结构和特点。为了涵盖尽量多的应用又能够减少标准模块的种类,提出采用电压和功率两种等级交叉的方式对标准模块进行大的电气规格的分类,综合实际的应用得到14种常用的DC/DC标准模块大类。提出了DC/DC拓扑选择的4大准则,针对一些经典的DC/DC拓扑和较新的DC/DC拓扑与这四大标准的关系进行了评价。得出了电气规格和拓扑之间的直接对应关系。分析了电力电子系统集成标准模块所需要的软开关技术,为中小功率和中功率标准模块提出了控制型软开关的概念和理论,明确了控制型软开关的定义,总结和归纳出控制型软开关的五个特征,利用现有的控制型软开关拓扑检验了这五个特征理论。接着应用五个特征理论推导和构造出一系列拓扑的控制型软开关的实现方法。为小功率标准模块推荐了准谐振反激变流器作为软开关候选拓扑。针对系统集成的特殊要求,对一些经典的PWM型拓扑进行改进和改造,为系统集成提供更佳的候选拓扑及方案。首先对于较高电压输入的系统集成小功率标准模块,提出了宽范围双管反激DC/DC变流器,拓展了占空比范围,提高了宽范围适应性。其次对于较高电压输入的系统集成中小功率标准模块,又提出了宽范围双管正激变流器系列,其中包含3种非对称双管正激变流器,对其中两种变流器提出了控制型软开关的实现方法。最后为采用同步整流的低压大电流标准模块提出了一种适合并联的同步整流自驱动方案。解决了多个模块并联时会产生短路现象的问题,同时单机运行时的性能又不受损害。针对系统集成的特殊要求,对经典的谐振型拓扑进行改进和改造,为系统集成提供更佳的候选拓扑及方案。介绍了LLC-4的发展历程,并从最基本结构的非隔离LLC-4出发详细分析了LLC-4的特性。给出了LLC-4在实际产品中的应用例子（液晶电视电源和网络交换机电源）。为了拓展LLC在高输入电压的应用,为三相之后的DC/DC标准模块提供优选拓扑,探讨了带4个死区时间的三电平LLC-4。为适应高电压输出标准模块的应用构造了倍压整流LLC-4结构;为了进一步降低副边元器件的电压应力又构造了副边电压应力最小化的LLC-4,使得副边所有元器件的电压应力为输出电压的一半。构造了结构非常简单的半波整流LLC-4,进而提出了非对称多路输出LLC-4的概念,由于结构灵活多变,多路输出LLC-4非常适合带拓展性的多路输出的标准模块的应用。将“分时”的概念用于LLC-4,提出了利用磁放大器作后级调整的LLC-4,大大提高了多路输出电源的交叉调整率。针对输入或输出大低压大电流的标准模块的应用,又提出了Interleaving的LLC-4,将断续的输入或输出电流改造成连续的电流,拓展了LLC-4适用的功率等级。对以上提出的LLC-4优化的结构都给出了仿真波形或者实验波形。最后总结了LLC-4输入侧和输出侧的各种结构,列举了部分常用的LLC-4结构。为了进一步提高标准模块的通用性,探索性地提出电力电子变拓扑柔性变流器的概念和理论,明确了柔性变流器子集的概念,并给出了4个较佳的子集例子。研究了柔性变流器切换点和切换方式的选取方法。给出了一个完整的变拓扑柔性变流器的实例,并且进行了实验验证,还给出了小信号的处理方法。给出了实用的小信号测量和分析的方法,探讨了“增大中频宽度法”和“平移补偿网络法”作为微调小信号特性的有效手段。针对宽电压输入范围的Buck型变流器,提出了采用输入电压作为小信号传函的补偿量的方法,起到抵消功率级传函中Vin分量的作用,使得环路增益不随输入电压改变而改变。采用该方法,在宽输入电压范围应用下可以很好地兼顾变流器的稳定性和动态特性。针对宽输出电压范围的Buck型变流器的应用,分析了各种调节输出电压的手段,提出了采用不影响小信号传函但是又能调节输出电压的方法,采用该方法可以实现在不同输出电压时尽量一致的环路增益。最后分析了柔性变流器的小信号特征,并提出相应的解决方案。

论文目录

  • 致谢
  • 摘要
  • Abstract
  • 目次
  • 第1章 绪论
  • 1.1 电力电子系统集成概况
  • 1.1.1 电力电子系统集成的概念和必要性
  • 1.1.2 电力电子系统集成的研究现状
  • 1.1.3 电力电子系统集成在工业界的发展现状
  • 1.1.4 电力电子系统集成和标准模块的适用范围和发展方向
  • 1.2 选题的背景和本文完成的工作
  • 1.2.1 本文的选题背景
  • 1.2.2 本文完成的主要工作
  • 参考文献
  • 第2章 标准模块分类和拓扑选择标准
  • 2.1 主流电力电子产品的调查和分析
  • 2.2 系统集成标准功能模块的分割
  • 2.3 系统集成中DC/DC标准模块的分类
  • 2.4 DC/DC拓扑选择基本标准
  • 2.4.1 DC/DC拓扑选择4大标准
  • 2.4.2 常用拓扑与标准的关系
  • 2.5 本章小结
  • 参考文献
  • 第3章 控制型软开关理论
  • 3.1 控制型软开关概念
  • 3.1.1 缓冲型软开关的发展历程
  • 3.1.2 控制型软开关概念的形成
  • 3.2 控制型软开关特征
  • 3.3 典型控制型软开关拓扑的分析
  • 3.4 控制型软开关的导出
  • 3.5 控制型软开关的特例
  • 3.6 例子及实验验证
  • 3.6.1 同步Boost的分析
  • 3.6.2 软开关的参数设计
  • 3.6.3 实验结果
  • 3.7 适用于系统集成的其它软开关技术
  • 3.8 本章小结
  • 参考文献
  • 第4章 反激和正激型变流器的研究和优化
  • 4.1 宽范围双管反激变流器
  • 4.1.1 单管反激变流器的介绍
  • 4.1.2 传统双管反激变流器的介绍
  • 4.1.3 宽范围双管反激变流器的工作原理
  • 4.1.4 实验结果
  • 4.1.5 结论
  • 4.2 宽范围双管正激变流器族
  • 4.2.1 单管正激变流器的介绍
  • 4.2.2 传统双管正激变流器的介绍
  • 4.2.3 RCD复位双管正激
  • 4.2.3.1 非对称RCD复位双管正激变流器
  • 4.2.3.2 对称RCD复位双管正激
  • 4.2.4 谐振复位双管正激
  • 4.2.4.1 对称谐振复位双管正激
  • 4.2.4.2 非对称谐振复位双管正激
  • 4.2.4.3 控制型软开关非对称谐振复位双管正激
  • 4.2.5 有源箝位双管正激变流器
  • 4.2.5.1 非对称有源复位双管正激
  • 4.2.5.2 对称有源箝位双管正激
  • 4.2.5.3 控制型软开关非对称有源箝位双管正激
  • 4.2.6 各种双管正激的比较
  • 4.3 适用于模块并联运行的同步整流自驱动方案
  • 4.3.1 目前自驱动同步整流方案存在的问题
  • 4.3.2 所推荐的新方案
  • 4.3.3 仿真和实验结果
  • 4.4 本章小结
  • 参考文献
  • 第5章 LLC谐振变流器的研究和优化
  • 5.1 LLC谐振变流器的发展历程
  • 5.2 LLC-4的基本原理和特性
  • 5.2.1 LLC-4的工作原理
  • 5.2.2 增益特性分析
  • 5.2.2.1 时域分析
  • 5.2.2.2 频域分析
  • 5.2.3 隔离型的LLC-4及其实用的磁集成技术
  • 5.3 LLC-4在工业界的应用
  • 5.3.1 LLC-4在液晶电视电源上的应用
  • 5.3.1.1 液晶电视的现状
  • 5.3.1.2 液晶电视电源的设计
  • 5.3.1.3 实验结果
  • 5.3.2 LLC-4在网络路由交换机电源上的应用
  • 5.4 适合高压输入的LLC-4
  • 5.4.1 带4个死区时间的三电平LLC-4
  • 5.4.2 工作原理
  • 5.4.3 四个死区的设计
  • 5.4.4 实验结果
  • 5.4.5 另一种结构的三电平LLC-4
  • 5.5 适合高压输出的LLC-4
  • 5.5.1 倍压整流LLC-4
  • 5.5.1.1 倍压整流LLC-4的导出
  • 5.5.1.2 基本原理
  • 5.5.1.3 电容电压均衡机理
  • 5.5.1.4 关键参数设计
  • 5.5.1.5 实验结果
  • 5.5.2 副边电压应力最小化的LLC-4
  • 5.5.2.1 副边电压应力最小化的LLC-4的导出
  • 5.5.2.2 工作原理
  • 5.5.2.3 关键参数设计
  • 5.5.2.4 实验结果
  • 5.6 非对称多路输出LLC-4
  • 5.6.1 非对称多路输出LLC-4的定义
  • 5.6.2 非对称多路输出LLC-4的导出
  • 5.6.3 工作原理
  • 5.6.4 参数设计
  • 5.6.5 仿真和实验结果
  • 5.6.6 负载范围的拓展
  • 5.7 LLC-4的后级调整技术
  • 5.7.1 原理分析
  • 5.7.2 磁放大器死区问题的分析
  • 5.7.3 实验结果
  • 5.8 Interleaving LLC-4
  • 5.9 LLC-4的各种结构的组合
  • 5.10 本章小结
  • 参考文献
  • 第6章 变拓扑柔性变流器的研究
  • 6.1 变拓扑柔性变流器的基本概念
  • 6.2 柔性变流器的关键技术
  • 6.3 柔性变流器子集
  • 6.3.1 子集1
  • 6.3.2 子集2
  • 6.3.3 子集3
  • 6.3.4 子集4
  • 6.4 变拓扑柔性变流器切换点的选取
  • 6.5 变拓扑柔性变流器的切换方式
  • 6.6 柔性变流器实例
  • 6.7 本章小结
  • 参考文献
  • 第7章 标准模块小信号稳定性研究
  • 7.1 开关电源小信号设计基本概念及技巧
  • 7.1.1 开关电源小信号简介
  • 7.1.2 通过Loop gain判断稳定性
  • 7.1.3 Loop Gain的测量及技巧
  • 7.1.4 相位裕量的调整技巧
  • 7.2 宽输入电压范围Buck型变流器小信号设计
  • 7.2.1 原理分析
  • 7.2.2 实验结果
  • 7.3 宽输出电压范围的小信号稳定性设计
  • 7.3.1 原理分析
  • 7.3.2 实验结果
  • 7.4 变拓扑柔性变流器的小信号稳定性设计
  • 7.5 本章小结
  • 参考文献
  • 第8章 结论与展望
  • 8.1 结论
  • 8.2 工作展望
  • 攻读博士学位期间成果附录
  • 攻读博士学位期间主要承担的科研项目

    • 相关论文文献

    • [1].大连快轨金州线车辆辅助变流器的国产化研制[J]. 轨道交通装备与技术 2019(06)
    • [2].基于双下垂控制的船舶直流组网储能变流器控制方法[J]. 控制与信息技术 2020(03)
    • [3].基于全碳化硅器件的辅助变流器设计及试验验证[J]. 城市轨道交通研究 2020(07)
    • [4].基于多步长预测的防爆变流器热损耗优化方法[J]. 电力电子技术 2020(07)
    • [5].机车辅助变流器及其控制系统设计[J]. 电力电子技术 2020(08)
    • [6].基于频域分析的储能变流器控制相互作用研究[J]. 湖南电力 2019(05)
    • [7].《光伏空调用变流器技术规范》正式发布[J]. 家电科技 2018(01)
    • [8].关于风电变流器的技术现状分析与发展探讨[J]. 科技展望 2016(33)
    • [9].多变流器并联时谐振特性及最优虚拟阻尼方法[J]. 中国电机工程学报 2017(05)
    • [10].辅助变流器最小损耗控制算法与仿真[J]. 铁道机车与动车 2017(05)
    • [11].基于内模及单周控制原理的变流器控制技术分析及讨论[J]. 深圳信息职业技术学院学报 2017(01)
    • [12].水电一体式电抗器在直驱型风机变流器中的应用[J]. 电工技术 2017(07)
    • [13].风电变流器的技术现状与发展[J]. 电子技术与软件工程 2017(17)
    • [14].地铁车辆辅助变流器平台设计[J]. 大功率变流技术 2015(01)
    • [15].轨道交通机车车辆电力变流器标准简析[J]. 机车电传动 2020(05)
    • [16].控制延时对变流器电网感抗适应能力的影响分析[J]. 电气传动 2019(12)
    • [17].双馈变流器改进拓扑研究[J]. 风能 2019(11)
    • [18].多制式高频辅助变流器模块设计[J]. 机车电传动 2020(02)
    • [19].全功率风电变流器拓扑选择与控制技术概述[J]. 东方电气评论 2020(03)
    • [20].储能变流器直流电池电流控制研究[J]. 上海电气技术 2019(02)
    • [21].并网变流器功率单元设计与直流载流需求研究[J]. 电气技术 2016(12)
    • [22].城轨车辆辅助变流器试验台研发[J]. 铁道车辆 2017(06)
    • [23].双馈风力发电变流器设计与研究[J]. 电子世界 2017(13)
    • [24].风电变流器试验方法研究[J]. 科技风 2017(17)
    • [25].东方风电变流器水冷系统简析[J]. 电气技术 2017(10)
    • [26].高压大功率直驱并网型风力发电变流器拓扑分析[J]. 科技创新与应用 2016(02)
    • [27].风力发电变流器发展与展望[J]. 信息化建设 2015(12)
    • [28].动车组主变流器的状态数据仿真研究[J]. 机车电传动 2016(02)
    • [29].分布式电源并网变流器并联振荡复矢量分析与抑制[J]. 电力电子技术 2016(03)
    • [30].地铁辅助变流器功率损耗与热仿真分析[J]. 铁道机车车辆 2016(04)

    标签：;  ;  ;  ;  ;  ;  

    集成模块电源拓扑标准化的研究
    下载Doc文档

    猜你喜欢

    © 2024 毕速过 版权所有 鄂ICP备12018319号-5