【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(lái)越廣泛,對(duì)其各項(xiàng)性能要求也越來(lái)越高。本課題主要研究基于鋰電池單元高壓級(jí)聯(lián)后向脈沖電源進(jìn)行高功率充電的電路拓?fù)浜涂刂撇呗?目的是通過(guò)對(duì)脈沖電源的大功率充電,使其實(shí)現(xiàn)在短時(shí)間內(nèi)的連續(xù)多次工作,擴(kuò)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(shí)序充電拓?fù)?進(jìn)而提出了一種新的恒流級(jí)聯(lián)充電拓?fù)?重點(diǎn)對(duì)比各拓?fù)涞膬?yōu)缺點(diǎn),解決了高功率脈沖電源充電時(shí),現(xiàn)有拓?fù)鋵?duì)充電電流控制不穩(wěn)定、電流波動(dòng)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(wèn)題。根據(jù)新的拓?fù)?提出了對(duì)高功率脈沖電源進(jìn)行充電時(shí)基于多電平電壓源逆變的高壓級(jí)聯(lián)控制策略。進(jìn)而確定了以多個(gè)鋰電池單元為電壓源的高壓級(jí)聯(lián)充電邏輯和控制方法,采用峰值電流型控制方法,對(duì)每個(gè)鋰電池單元工作周期內(nèi)實(shí)時(shí)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(shí)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(diǎn),電壓精度高。并對(duì)該充電系統(tǒng)各重要元器、電壓電流的檢測(cè)方式進(jìn)行了適配性選擇,確定了保護(hù)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(jí)聯(lián)充電系統(tǒng)的通訊網(wǎng)絡(luò)。實(shí)現(xiàn)了該系統(tǒng)從一個(gè)主控板到多個(gè)從控板的串行通訊;同時(shí)系統(tǒng)具備遠(yuǎn)程喚醒和啟動(dòng)功能,能夠進(jìn)行智能化控制。本課題使用MATLAB/SIMULINK和PSIM對(duì)提出的新型拓?fù)渑c控制算法進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。使用選擇好的各重要元器件等,搭建了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。對(duì)理論分析和仿真結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),從實(shí)驗(yàn)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(shí)現(xiàn)并驗(yàn)證了提出的恒流級(jí)聯(lián)充電策略。解決了串聯(lián)時(shí)序充電策略中充電電流不可控,電感體積重量過(guò)大等問(wèn)題。
【圖文】：

壓多電平拓?fù)浞治鲎兤魇谴蠊β氏到y(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)之組成，，將每個(gè)功率單元的輸出串聯(lián)起來(lái)實(shí)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(jì)和制用最多，發(fā)展最成熟且能實(shí)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)，將多個(gè)單相的 的一相。每個(gè)單獨(dú)的 H 橋能夠輸出三種電平+Ud聯(lián)后就能夠輸出 2N+1 個(gè)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)。其有一個(gè)連接到三相輸出端的零直流電壓的中性點(diǎn)。圖2.2 三電平逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖二極管鉗位型變換器的電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所用器件少，占地小效率高。它的三相共用一個(gè)直流母線，所以對(duì)直流電源的數(shù)量要求最少，同時(shí)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(shí)際使用過(guò)程中也存在著很多的問(wèn)題。該變換器中每個(gè)開關(guān)管所承受的壓降為 Udc，所以在中高壓的應(yīng)用場(chǎng)合需要采用高耐壓的器件。在使用過(guò)程中存在直流側(cè)電容電壓不均衡的問(wèn)題，而且輸出電平增多會(huì)加劇這一問(wèn)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(jí)電容連接的同時(shí)施加直流電壓平衡控制。實(shí)際中所使用的二極管鉗位逆變器多為三電平，因?yàn)楫?dāng)電平數(shù) n 增多時(shí)，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?jiǎn)栴}。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(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN86

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本文編號(hào)：2702565