發(fā)布時間：2020-06-08 04:48

【摘要】：高功率脈沖電源技術(shù)在軍事、醫(yī)學(xué)、采礦等領(lǐng)域應(yīng)用越來越廣泛,對其各項性能要求也越來越高。本課題主要研究基于鋰電池單元高壓級聯(lián)后向脈沖電源進行高功率充電的電路拓撲和控制策略,目的是通過對脈沖電源的大功率充電,使其實現(xiàn)在短時間內(nèi)的連續(xù)多次工作,擴展高功率脈沖電源的應(yīng)用能力。本課題首先分析現(xiàn)有的串聯(lián)時序充電拓撲,進而提出了一種新的恒流級聯(lián)充電拓撲,重點對比各拓撲的優(yōu)缺點,解決了高功率脈沖電源充電時,現(xiàn)有拓撲對充電電流控制不穩(wěn)定、電流波動較大,導(dǎo)致充電電壓精度差、所需限流電感體積和重量非常大等問題。根據(jù)新的拓撲,提出了對高功率脈沖電源進行充電時基于多電平電壓源逆變的高壓級聯(lián)控制策略。進而確定了以多個鋰電池單元為電壓源的高壓級聯(lián)充電邏輯和控制方法,采用峰值電流型控制方法,對每個鋰電池單元工作周期內(nèi)實時控制開關(guān)管的閉合與打開,令電流值始終在設(shè)定電流附近,實現(xiàn)了高功率脈沖電源的大電流恒流充電,使充電電壓平穩(wěn)上升至設(shè)定點,電壓精度高。并對該充電系統(tǒng)各重要元器、電壓電流的檢測方式進行了適配性選擇,確定了保護電路。本課題隨后基于TI公司TMS320F28027芯片的SPI通信功能,搭建了新型高壓級聯(lián)充電系統(tǒng)的通訊網(wǎng)絡(luò)。實現(xiàn)了該系統(tǒng)從一個主控板到多個從控板的串行通訊;同時系統(tǒng)具備遠程喚醒和啟動功能,能夠進行智能化控制。本課題使用MATLAB/SIMULINK和PSIM對提出的新型拓撲與控制算法進行了仿真驗證。使用選擇好的各重要元器件等,搭建了實驗平臺。對理論分析和仿真結(jié)果進行了驗證實驗,從實驗結(jié)果可充分證明該方案的可行性。綜上所述,本課題最終實現(xiàn)并驗證了提出的恒流級聯(lián)充電策略。解決了串聯(lián)時序充電策略中充電電流不可控,電感體積重量過大等問題。
【圖文】：

壓多電平拓撲分析變器是大功率系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛的拓撲結(jié)構(gòu)之組成，，將每個功率單元的輸出串聯(lián)起來實現(xiàn)中高是由最終輸出電壓、輸出波形要求和制造成本所功率單元，這方便了功率單元的模塊化設(shè)計和制用最多，發(fā)展最成熟且能實際應(yīng)用的多電平變換型（Cascaded H-bridge，CHB），飛跨電容型（FlyDiode-clamped 或 Neutral-point-clamped，NPC）。聯(lián) H 橋逆變器逆變器出現(xiàn)于八十年代后期，到九十年代中后期 H 橋型多電平逆變器拓撲結(jié)構(gòu)，將多個單相的 的一相。每個單獨的 H 橋能夠輸出三種電平+Ud聯(lián)后就能夠輸出 2N+1 個電平。

成功應(yīng)用于中高壓的多電平變換器。如圖 2.2 所示為二極管鉗位型三電平變換器拓撲結(jié)構(gòu)。其有一個連接到三相輸出端的零直流電壓的中性點。圖2.2 三電平逆變器拓撲結(jié)構(gòu)圖二極管鉗位型變換器的電路結(jié)構(gòu)簡單，所用器件少，占地小效率高。它的三相共用一個直流母線，所以對直流電源的數(shù)量要求最少，同時直流電壓的紋波較小。背靠背的連接方式使其能夠構(gòu)成能量回饋式變換器。二極管鉗位型變換器在實際使用過程中也存在著很多的問題。該變換器中每個開關(guān)管所承受的壓降為 Udc，所以在中高壓的應(yīng)用場合需要采用高耐壓的器件。在使用過程中存在直流側(cè)電容電壓不均衡的問題，而且輸出電平增多會加劇這一問題。所以必須使用隔離的直流電源或者在背靠背式連接中在每一級電容連接的同時施加直流電壓平衡控制。實際中所使用的二極管鉗位逆變器多為三電平，因為當(dāng)電平數(shù) n 增多時，部分二極管所承受的阻斷電壓為（n-2）UDC，所以需要將二極管串聯(lián)以滿足耐壓問題。隨著電平數(shù)的增多
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN86

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本文編號：2702565