高功率密度DC/DC电源模块控制的设计与研究

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高压/宽范围输入、低压/大电流输出的高功率密度DC/DC电源模块被广泛运用于军舰、相控阵雷达、航空设备等武器装备中,随着实际应用的需求,各项技术指标不断提高。与此同时,伴随着半导体工业的快速发展,为电源模块的控制提供了更多的选择。本文研究了一种高压/宽范围输入、低压/大电流输出的28V/1200W高功率密度DC/DC电源模块,提出了一种两级结构的电路拓扑;分别采用Microchip公司的PIC16F1708电源模拟控制芯片以及TI公司的UCD3138A电源专用数字控制芯片进行相应的控制系统设计及控制策略的优化。首先,本文提出了一种前级变压器串并联LLC电路、后级并联Buck电路的两级结构拓扑,分析了其工作原理,并对主功率电路参数进行设计。根据选用的PIC16F1708控制器分别对控制电路及软件进行设计。其次,由于控制电路面积有限,部分功能采用模拟控制不易实现,并且在控制策略上数字控制更易设计与实现,因此提出使用数字控制器UCD3138A进行控制。分别对控制电路及软件进行设计,对后级Buck电路进行离散模型的建立,根据所建立的模型进行稳定性分析,为了提升电源模块动态响应性能,利用UCD3138A数字控制芯片,提出对LLC软启动进行优化,引入最小二乘法拟合增益曲线,对LLC电路的开关频率进行补偿,并通过实验验证了这一控制策略对动态响应性能的改善。最后,通过实验分别验证了模拟与数字控制下模块的软启动、多模块并联等功能,并对数字控制下电源模块的预偏置软启动、平均电流控制等功能进行设计并通过实验验证。
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