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新型宽范围输出直流功率变换器若干关键技术研究

林毅  
【摘要】:在实际应用中,直流稳压电源广泛应用于各个领域。本论文研究新型宽范围输出直流功率变换器若干关键技术。首先,本文综合叙述了可调直流电源的发展历史,分析比较了线性稳压电源、相控电源、开关电源的优缺点,并介绍了开关改进型和级联型两种开关电源与线性电源融合电源,提出了一款新型宽范围输出直流功率变换器。 其次,对新型宽范围输出直流功率变换器的电压预调整系统进行了研究,具体包括基于Buck变换器的电压预调整系统的电感和电容计算方法,并给出了实际硬件电路图;在采用平均状态方法以及数学模型的建立基础上,运用罗氏判据进行系统稳定的PID参数计算,并建立了数字仿真;通过仿真,指出了控制延迟是导致低电压输出时无法达到预期目标关键因素,以及发生分岔时对纹波控制的危害。 然后,针对新型宽范围输出直流功率变换器中的后级改进型线性稳压器,设计了改进型线性稳压器的硬件电路,包括主电路、控制电路、保护电路、联调电路,其中通过控制电路和联调电路保证使其工作于可变电阻区。为研究消除由分岔现象带来的纹波增大现象的效果,分析比较其对高频和工频纹波的滤除效果,证实有一定的效果。接着基于Matlab/Simulink进行新型宽范围输出直流功率变换器的仿真,证实了该技术的可行性,消除了Buck变换器中由输出延迟导致的无法达到低电压的影响。 然后,就新型宽范围输出直流功率变换器的辅助电源模块进行了研究,具体包括对作为辅助电源所使用的反激式变换器,给出了多输出反激式变换器的电路参数,搭建了反激式变换器的仿真模型。从可靠性的角度,分析了反激式变换器的启动过程、单输出反激式变换器短路保护和多输出反激式变换器的短路保护机制,并基于仿真模型验证了上述过程。接着,提出了一种辅助供能电容的计算方法,并基于电磁场有限元计算软件进行了单输出反激式变换器变压器的优化设计,为多输出反激式变换器的优化设计进行了前期研究。 最后,为对电源系统进行远程监控,进行了新型宽范围输出直流功率变换器的电源监控系统的初步开发,分析了电源监控的功能框图和总体方案,设计了其硬件电路,在此基础上编写了下位机程序,给出程序流程图,同时编写了上位机监控程序,测试了Ethernet和USB的通讯功能,结果表明能够实现远程监控功能。


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