双向高电压变换比变换器的研究

摘要

随着人们对可再生能源的充分利用以及环保意识的增强，双向高电压变换比变换器在直流微电网、燃料电池汽车、直流配电系统、储能系统等场合得到广泛应用。
　　首先，本文针对双向高电压变换比变换器的高电压变换比特性，总结了近年来为了实现单向变换器的高电压增益而采取的各种方法，其中的一些方法也适用于双向高电压变换比变换器。然后，本文在一种已有单向变换器的基础上提出了双向高电压变换比变换器。把已有变换器的高压侧整流二极管换为开关管，使其在电路结构上具备能量双向流动的条件；提出相应的控制方式，使该变换器既能正向升压工作，也能逆向降压工作。
　　变换器在正向升压工作时，本文采用固定开关频率变占空比的方式调节变换器的电压增益。为了保证高压侧开关管工作在同步整流状态，给出了高压侧开关管相应的驱动信号。详细分析了变换器在正向升压不同占空比范围时的工作情况，推导了电压增益表达式，总结了开关管的软开关情况，分析了低压侧电感交错并联后对低压侧电流纹波的影响。
　　变换器在逆向降压工作时，本文提出了变频加变占空比的控制方式，调节开关频率用以实现高压侧开关管零电流开关，改变占空比从而调节变换器的电压变换比。在提出的控制方式的基础上，详细分析了变换器在不同占空比范围时的工作过程，推导了变换器在逆向降压时的电压变换比，分析了变换器的软开关情况。
　　最后，为了验证理论分析的正确性，制作了一台样机并进行实验。本文给出了样机设计过程中功率器件的选择过程、磁元件的设计过程以及控制系统的设计思路，进行了变换器在正向升压和逆向降压不同占空比时的实验，并将本文提出的变换器的效率与原有变换器的效率进行了对比。

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第1章 绪 论

1.1 课题背景

1.2 单向高电压增益变换器

1.3 双向高电压变换比变换器

1.4 本文的主要研究内容

第2章 双向高电压变换比变换器正向升压工作

2.1 正向升压时的电路介绍

2.2 正向升压时的工作原理

2.3 正向升压时的特性分析

2.4 本章小结

第3章 双向高电压变换比变换器逆向降压工作

3.1 逆向降压时的电路分析

3.2 逆向降压时的工作原理

3.3 逆向降压时的特性分析

3.4 本章小结

第4章 系统设计

4.1 主电路设计

4.2 控制系统设计

4.3 本章小结

第5章 实验验证

5.1 双向高电压变换比变换器正向升压实验

5.2 双向高电压变换比变换器逆向降压实验

5.3 双向高电压变换比变换器效率

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢