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基于IGBT器件的大功率DC/DC电源并联技术

2014-01-24 16:41来源:半导体器件应用网关键词:直流电源电源模块IGBT收藏点赞

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采用图1a所示的拓扑结构,系统需大容量不可调直流电源,一般可采用整流变压器降压,二极管整流并经电容滤波得到。这种结构虽可保证并联的每条支路有共同的直流电压输入,避免并联支路因直流侧输入电压不同而带来的不均衡,但该直流电源的容量大,电流达20KA,直流母线承受的负荷过重,前级AC-DC设备要求较高,不易实现。另外,输入端共用母线不利于实现完全意义上的独立电源模块的并联。因此,采用如图1b所示的AC-DC/DC直流电源并联的拓扑结构。

图1b所示的拓扑结构可保证每个AC-DC/DC电源模块的独立性,即可实现直流电源装置的并联,能够根据实际的电压,电流及功率的要求自由地增减模块的个数!在实际应用中有很大的空间,有一定的研究价值。但这种拓扑结构也有它不利的一面!即若变压器输出电压略有差别,则每个整流模块的输出电压将不同,从而造成各整流模块输出电流严重不平衡。

不过,这种不平衡可采取如下相应措施进行抑制:首先,在采用独立的AC-DC/DC电源并联时,应尽量做到每个模块的AC-DC/DC输出直流电压接近相等;其次,针对由于变压器输出电压不同造成的各整流模块输出电流的不平衡,可在DC/DC环节设置均流措施。DC/DC模块采用的是受限单极型脉宽调制方式(PDW),通过调节各DC/DC模块的占空比使各回路的负载趋于平衡。当电源模块给定电流正负切换时,可实现不同象限的运行,满足系统4象限运行的要求。

2 大功率直流电源的控制方案

在托卡马克快控电源的应用中,要求电源输出电流实时跟踪给定电流曲线。因此,该电源系统是电流随动系统,系统的快速性将是一较重要的性能指标。而控制方式的选择将影响整个系统的静态与动态性能指标。

为更好提高系统稳态和动态性能指标的精度,实现电流跟随性,采用两级电流控制(图2),即总电流环和模块电流环相互配合,不仅可提高性能指标,且可实现各模块电流的均衡。

外环的主要功能是实现电流的实时跟踪,采用反馈加前馈的复合控制方式。复合控制中的前馈控制不影响原系统的稳定性。但却可在不增大开环增益的情况下大幅提高系统的稳态精度和动态性能。为达到控制效果。又不使前馈通道的结构变得复杂。前馈控制采用的是输入信号的一阶导数,且加到信号的输入端。内环模块电流环的主要功能如下。

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