宽压自适应开关电源的建模与仿真研究

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开关电源是现代电力电子设备中必不可少的组成部分,其质量的优劣直接影响了用电设备的工作性能。近年来,随着中国煤矿行业的快速发展,用户对煤矿井下开关电源的安全性要求越来越高。但是煤矿井下取电不便,且供电系统复杂,供电电压等级多、跨度大、电压波动大。论文基于煤矿井的应用背景,对宽范围输入电压的自适应开关电源进行研究,设计出一种基于Buck-BoostTL变换器的宽压自适应开关电源。  论文的研究工作主要体现在:  ①概述了宽压自适应开关电源的研究背景,总结了其国内外研究现状和研究意义。  ②作为系统仿真工作的一个铺垫,本文设计了一个电压连续可调或者电压和频率同时连续可调的变压及变压变频电源仿真模块,该模块是将受控电压源与自定义非线性的变压及变压变频信号源相结合来实现其功能的,对Matlab/Simulink进行了拓展。  ③在系统方案设计中,本文首先使用变压电源仿真模块作为输入电压对常用的降压方案进行了仿真和对比分析,针对常用的电子开关切换方案中存在的开关应力大、可靠性差、功率密度小等问题,本文提出了一种“Buck-BoostTL变换器+反激式变换器”的宽压自适应开关电源的设计方案。  ④对于设计的宽压自适应开关电源系统,其核心环节为Buck-BoostTL变换器。本文研究了其工作原理,设计了电压型负反馈控制方法。同时完成了Buck-BoostTL变换器电路的小信号建模分析,得到了系统的静态工作点和各项传递函数。  ⑤最后基于Matlab/Simulink建立了Buck-BoostTL变换器的仿真模型,优化了仿真参数,并使用开环控制对电路原理和系统的小信号模型进行验证,使用闭环控制对系统的总体设计方案进行验证。  本文的主要创新之处在于设计了一个可以用在输入电压或频率可调的电力电子系统的仿真中,提出了“Buck-BoostTL变换器+反激式变换器”作为宽压自适应开关电源的系统方案,并对其主电路进行小信号模型分析。
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