模块化高压高频大功率电源的设计与实现

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中文摘要：高压高频大功率电源广泛应用于静电除尘、水质改良、医用X光、CT机、地铁安检机和焊接电源等大型设备。采用LCC谐振软开关技术可以提高转换效率，而采用IPOS模块化拓扑可以提高功率等级和输出电压。然而，在现有的文献中仅有单一模块LCC谐振变换器的稳态模型，模块化LCC谐振变换器的工作模式比独立模块变换器的工作模式复杂得多，模块化变换器中各台电源的硬件参数存在微小差异，会使其承担的负载不同，进而导致采用IPOS联接后的工作状态与单台工作状态不同，导致各模块的输出电压不均衡。针对上述问题，本文对LCC谐振IPOS模块电源的数学模型和拓扑结构进行了研究。 (1)本文给出了LCC谐振IPOS模块电源的数学模型和求解过程。该数学模型考虑了电源运行时的所有工作状况，包括空载、轻载、重载和短路；考虑了串联谐振电感、串联谐振电容、并联谐振电容、变压器变比等参数差异造成的影响。利用此数学模型可得出IPOS模块化电源总的输出电压与每个模块化变换器的输出电压之间的关系。在模型中，采用模块化变换器的临界归一化方法来区分不同的工作模式。数学模型的计算结果与仿真的结果具有很好的一致性；本文进一步对所给出的数学模型进行了简化，以便于工程设计。试制了三模块实验样机，试验结果与仿真结果具有很好的一致性，验证了简化数学模型的正确性；同时实验结果也表明，每个模块都运行于ZCZVS工作状态。另外，实验中采用交错控制策略后输出电压纹波相对于单台电源工作时明显减小。 (2)本文提出了一种自均压IPOS模块化拓扑，对拓扑的工作模态进行分析，建立了均压数学模型说明其均压原理，并针对参数差异和输入电压、负载突变情况进行仿真和实验验证。其拓扑特点是整流模块交联，该拓扑在不采用均压控制的情况下，即使各模块参数存在较大差异，或者工作条件发生突变，也可以获得均压。试制了两模块实验样机，改变两模块的并联谐振电容和变压器变比对新型拓扑与传统拓扑进行了对比试验，实验结果验证了所提出拓扑的有效性。另外，改变输入电压和负载，输出电压跟随性良好。

作者：

赵硕

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关键词：

数学模型全桥变换器 LCC谐振 IPOS联接模块化设计控制策略

授予学位：

硕士

学科专业：

电气工程

导师：

杨晓光

学位年度：

2019

学位授予单位：

河北工业大学

语种：

中文

中图分类号：