宽输入电压范围DC/DC变换器研究

论文摘要

随着现代飞机对供电系统可靠性的要求不断提高,需要一种新型的飞机专用电源系统,而其中非常关键的是研制宽输入电压范围的DC/DC变换器电源。本文在充分考虑到系统的高效率要求,选用了两级变换的方案,前级为Boost预调节器,后级为采用磁集成技术的多相交错并联Buck变换器。本文首先推导出了Boost变换器的传递函数在电流连续模式下存在着右半平面零点,从物理现象和控制理论两个不同的角度揭示了右半平面零点对系统稳定性影响的机理,并得出了主电路电感值是影响右半平面零点位置及系统稳定性的结论。针对Boost变换器难以稳定的特点,提出了解决方案,设计出了具有右半平面零点电路的常用补偿网络,并进行了实验验证。接着本文讨论了多相交错并联技术。由于交错并联电路各相的不均流现象,影响了系统的可靠工作。于是借鉴主/从均流法,提出了改进的均流控制方法,取得了很好的均流效果。为了进一步减小变换器磁性元件的体积以及取得较好的动静态性能,又研究了集成磁件在交错并联电路中的应用。先后分析了正向耦合电感和反向耦合电感对电感电流及输出电流纹波的影响,以及对变换器动态性能的影响,并且推导出集成磁件的等效电路模型,给出了自感和互感与磁件气隙的关系式,为设计合适的磁件提供依据。本文最后设计了交错并联Buck变换器的主电路参数以及均流控制环路的补偿参数,并进行了实验验证。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 飞机专用电源系统设计方案
• 1.2.1 宽输入电压范围的拓扑选择标准
• 1.2.2 拓扑及变换器变压范围的选择
• 1.3 本文研究内容
• 第二章 Boost 变换器研究
• 2.1 Boost 变换器原理分析
• 2.1.1 主电路拓扑及小信号模型
• 2.1.2 连续工作模式（CCM）传递函数
• 2.2 Boost 变换器右半平面零点分析
• 2.2.1 右半平面零点简介
• 2.2.2 右半平面零点影响系统稳定性的原理分析
• 2.3 Boost 变换器主电路参数设计
• 2.3.1 Boost 电感设计
• 2.3.2 开关管选择
• 2.3.3 功率二极管选择
• 2.3.4 输出滤波电容设计
• 2.4 Boost 变换器补偿环路设计
• 2.4.1 双极点-双零点调节器
• 2.4.2 补偿器参数计算
• 2.5 Boost 预调节器实验结果
• 2.5.1 实验波形及分析
• 2.5.2 效率曲线及分析
• 2.6 本章小结
• 第三章 多相交错并联 Buck 变换器
• 3.1 多相交错并联技术分析
• 3.1.1 多相交错并联基本原理
• 3.1.2 交错并联变换器纹波特性
• 3.1.3 交错并联控制电路的实现
• 3.2 两相交错并联的均流及其控制
• 3.2.1 单电压环控制的均流特性
• 3.2.2 改进的均流控制方法
• 3.3 多相交错并联磁集成技术分析
• 3.3.1 磁集成技术简介
• 3.3.2 磁件对交错变换器性能的影响
• 3.3.3 磁集成等效电路模型
• 3.4 本章小结
• 第四章 参数设计与实验结果
• 4.1 交错并联 Buck 变换器主电路设计
• 4.1.1 Buck 变换器电感设计
• 4.1.2 开关管的选择
• 4.1.3 二极管的选择
• 4.1.4 输出滤波电容选择
• 4.2 交错并联均流控制电路参数设计
• 4.3 交错并联 Buck 变换器实验结果
• 4.3.1 实验波形
• 4.3.2 效率曲线及分析
• 4.3.3 两级变换器变压范围的选择对效率的影响
• 4.4 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 全文的工作总结
• 5.2 后续工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文