航空用多路输出模块电源的研究

论文摘要

270V高压直流电源是先进飞机供电系统的优选方案之一,飞机上的一些通讯、控制和保护设备需要3.3V、5V和±12V等低压直流电源供电,因此需要将270V高压直流电变换为多个低压直流电的直流变换器。本文针对该直流变换器讨论了其电路架构、拓扑选取、参数设计和稳定性分析。高压输入、多路低压大电流输出的直流变换器要求有好的输出电压交差调整率,同时还要求动态响应速度快,体积小,效率高,可靠性高等。针对这些要求,本文提出一种两级式多路输出变换器的解决方案,讨论了变换器的拓扑结构、控制方案以及整流方式,采用半桥变换器作为前级变换器,满占空比开环工作,输出电流较小的两路采用肖特基二极管整流,输出电流较大的两路采用同步整流;Buck变换器作为后级变换器,各路输出独立闭环控制,全部采用同步整流。本文对直流变换器的主功率电路进行详细的参数设计,讨论其元器件的选取,并对变压器的设计和PCB绕组的布置方案进行了深入分析。为了保证该两级式变换器稳定工作,论文分别建立了半桥变换器和Buck变换器的小信号模型,分析了其阻抗特性。在实验室研制一台额定输入270V,四路输出分别为12V/2A,–12V/1A,5V/10A,3.3V/6A的电源模块,并进行实验验证。实验结果表明所采用的两级式方案及其参数设计是正确可行的,该变换器具有良好的稳态和动态性能,各路输出的稳压精度高、交叉调整率好;实验样机体积小、整机变换效率高。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 飞机供电体制的发展
• 1.1.1 低压直流电源
• 1.1.2 恒速恒频电源
• 1.1.3 变速恒频电源
• 1.1.4 高压直流电源
• 1.2 航空用直流电源设计所面临的挑战
• 1.3 多路输出技术
• 1.3.1 常规的多路输出变换器
• 1.3.2 采用耦合电感的多路输出变换器
• 1.3.3 采用加权反馈控制的多路输出变换器
• 1.3.4 采用磁放大器的后置调节方法
• 1.3.5 采用同步开关的后置调节方式
• 1.4 同步整流技术
• 1.4.1 整流方式
• 1.4.2 同步整流驱动技术
• 1.5 现有的高压输入多路输出电源模块
• 1.6 本文的研究内容和意义
• 第二章 高压输入多路低压输出的电路架构和控制方式
• 2.1 引言
• 2.2 电路架构的确定
• 2.2.1 两级式架构的提出
• 2.2.2 拓扑结构的选择
• 2.2.3 变压器方案选取
• 2.3 整流方式选取与分析
• 2.3.1 半桥变换器的整流方式
• 2.3.2 Buck 变换器的整流方式
• 2.4 本章小结
• 第三章 两级式变换器的参数设计
• 3.1 引言
• 3.2 前级半桥变换器设计
• 3.2.1 变压器
• 3.2.2 输入分压电容
• 3.2.3 隔直电容
• 3.2.4 开关管
• 3.2.5 整流管
• 3.2.6 输出滤波电感
• 3.2.7 输出滤波电容
• 3.3 后级Buck 变换器设计
• 3.3.1 开关管
• 3.3.2 输出滤波电感
• 3.3.3 输出滤波电容
• 3.3 平面变压器绕组设计及布局
• 3.3.1 绕组设计
• 3.3.2 绕组布局
• 3.4 本章小结
• 第四章 两级式变换器的稳定性分析
• 4.1 引言
• 4.2 半桥变换器的输出阻抗
• 4.3 Buck 变换器的输入阻抗
• 4.4 稳定性分析
• 4.4.1 半桥变换器的输出阻抗
• 4.4.2 Buck 变换器的输入阻抗
• 4.4.3 两级式变换器的阻抗关系
• 4.5 本章小结
• 第五章 实验验证
• 5.1 引言
• 5.2 实验样机电气性能测试
• 5.2.1 稳态性能
• 5.2.2 动态性能
• 5.2.3 效率曲线
• 5.3 本章小结
• 第六章 结束语
• 6.1 本文的主要工作
• 6.2 下一步工作
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文