高压输入大电流输出DC-DC变换器的研究

随着电力电子技术的发展以及新型高性能、高耐压、高频电力电子器件的出现，高输入电压、大功率直流电源已应用到军事、工业、农业和医疗等领域。本文针对高输入电压、大功率的应用，研制了一种1600VDC输入、40V/400A输出的模块化结构的两级式DC-DC变换器。 为了减小长距离传输线路损耗，保证任务负载正常工作，本文合理地设计了三相整流输出高压母线电压大小，以便于长距离传输以及水下电源功率器件的选型。在对比分析了几种高输入电压、大功率电源常用拓扑和控制的基础上，本文采用中间母线式架构，即前级采用隔离型不控高压母线变换器实现大幅度降压和电气隔离，后级采用闭环控制PWM变换器实现限压、限流以及限功率输出。在此基础上讨论分析了全桥LLC谐振变换器强起的相关问题以及功率MOSFET可能失效的原因。考虑到任务负载散热的问题，合理地设计了其内部机械结构，防止部分分立器件受温度影响较大，性能下降，以保证任务负载能安全、可靠地长时间工作。 针对系统的输出特性，本文讨论了限压、限流以及限功率的需求，并详细分析了系统工作在限压、限流或者限功率模式下多模块并联均流问题。并通过Saber仿真软件对系统模式切换进行了仿真分析，在此基础上，考虑功率电路以及脉冲调制电路的非线性，应用大信号分析法，通过Mathcad理论分析了系统在开环起动、闭环起动以及负载电流大幅度变化时对系统的影响，提出了解决措施。最后，研制了一台16kW的工程样机进行了实验验证，实验结果验证了论文理论研究的正确性。