IPOS移相全桥变换器及其并联系统的关键技术研究

作     者：刘泉呈 

作者单位：华中科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：林新春

授予年度：2022年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：移相全桥变换器 并联输入串联输出 电压尖峰抑制 数字控制 并联均流 

摘      要：随着中压直流母线在新能源综合供电系统中的发展,结构简单、高效率的移相全桥变换器在新能源直流供电系统中的应用规模不断加大,但在连接端口电压较低的设备与中压直流母线时需要较高升压比。通过并联输入、串联输出(IPOS)的方式将多个移相全桥拓扑结构连接构成IPOS移相全桥变换器,该变换器不仅可以提供较高升压比,还可提供较大输出功率。为推动大功率移相全桥变换器在新能源综合供电系统中的应用,论文以IPOS移相全桥变换器为分析对象,对变换器整流二极管电压尖峰抑制、数字控制器设计、多变换器并联均流等方面展开了深入研究。针对移相全桥变换器整流二极管关断时电压尖峰过高的问题,论文首先建立了变换器的等效电路模型,得到了整流二极管关断电压的时域表达式,分析了电压尖峰的形成机理,并采用RCD吸收电路抑制电压尖峰。在兼顾较低电压尖峰与较高电能传输效率的同时,得到了RCD电阻阻值的设计方法;最后通过仿真与实验验证了设计方法的准确性。为保证变换器的静态和动态性能,论文采用了基于离散域的数字控制器设计方法;首先建立了IPOS移相全桥变换器的小信号数学模型,并基于朱利判据得到了保证变换器稳定的控制器参数取值范围,随后根据零极点分布图进一步确定了保证动态性能指标的控制器参数;并通过仿真与实验验证了设计方法的有效性和正确性。论文进一步对多台IPOS移相全桥变换器并联的均流控制方案进行了讨论,并对采用均流控制的并联系统开展了动态性能的研究;建立了并联系统的状态空间模型,分析了输出功率大小对系统动态性能的影响;研究了各控制器参数对系统动态性能的影响,并给出了控制器参数的优化设计方案;通过仿真验证了理论分析的正确性。