多电源模块串并联系统控制策略的研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:sunzhaojian
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日前,在电力系统、航天供电系统等领域,高压直流变换技术的应用场合日益增多,传统的电源拓扑由于器件和系统绝缘等问题,在这些场合很难正常工作。模块串并联技术利用在输入端将多个电源模块串联,可以很好地解决输入高压所引起的一系列难题,已在输入高压环境中广泛应用。目前输入串联输出并联系统的研究重点是对控制策略的改进和创新,使串并联后的系统性能能够媲美独立的电源拓扑。基于此,本文研究了一种能够实现自动热插拔功能的控制策略,包含均压和输出两个控制环路,在保证系统均压特性的同时提高系统的可靠性。  针对输入串联输出并联系统在均压特性方面的要求,均压控制环路选择输入电压作为控制对象,来确保系统的均压精度。同时,输入侧采用分布式控制方式,可以实现良好的动态响应和积木式搭建功能,减小研发和设计周期;系统的输出控制环路选择电压型控制,维持系统的输出电压稳定,并连接成自动主从占空比模式,提高输出控制环路的可靠性。两个控制环路的输出相互叠加,共同调节各自模块的占空比信号,在系统输出稳定的前提下,可以保证精准的均压精度和快速的动态特性。  为了实现系统的自动热插拔功能,在每个模块输入端设计了检测电路,可以在模块出现故障后迅速检测并将其切除。同时均压控制环路自动根据剩余正常模块的数量进行调整,保证正确的均压控制。此外,针对在实际应用场合中可能遇到的问题,例如器件参数失配的影响、热插拔过程中的检测和切除方式,给予相应的分析和选择方法。并提供了切除故障后,系统将承受电压和电流压力的计算公式,以便于选择合适的器件和模块数量,提高整个电源系统的可靠性和抗干扰能力。  针对以上各部分研究重点,本文通过建立数学模型进行基础理论推导,并在相应的条件下利用仿真软件SIMPLIS分别从时域和频域对其验证。在论文最后搭建了三模块输入串联输出并联系统平台,利用实验对控制策略的性能进行验证。同时在仿真和实验过程中,分别在均压精度、动态响应和可靠性方面,将自动热插拔控制策略与同占空比控制策略进行效果对比,验证本文研究的控制策略的可行性。
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