辅助谐振软开关二次型Boost变换器

摘要

近年来，由于国家能源发展策略出现新变化，以风力发电、太阳能光伏发电为代表的新能源发电系统得到国家政策的大力支持，从装机容量方面来看，其投入力度已经达到世界领先水平。但随着新能源发电系统的高速发展和推广，其关键设备开关DC-DC变换器的要求也越来越高。因此本论文对于宽输入范围特点的高增益软开关DC-DC变换器展开系统地研究工作，可解决风力发电机、太阳能电池阵列等新能源供电装置提供的输入电压等级低、输入电压变化范围宽、新能源发电系统能量传输效率不稳定等问题，这具有重要研究意义。
　　本论文介绍了高增益开关DC-DC变换器和软开关DC-DC变换器的研究现状，选取了几种常见的高增益开关DC-DC变换器结构和软开关DC-DC变换器结构，简要阐述了各类变换器结构的工作原理，并对比每类变换器的优缺点。经比较发现，二次型Boost变换器结构最符合新能源发电系统的应用设备要求。
　　本论文深入分析了二次型Boost变换器结构，根据变换器中两个主电感能量变换状态的不同，将二次型 Boost变换器分为 CCM-CCM、CCM-DCM、DCM-CCM和DCM-DCM四种类型。本论文分别对每类二次型Boost变换器的工作原理、变换器工作特性和能量传递模式等方面进行了详细地理论研究。经研究发现，二次型Boost变换器能够提供高电压增益，拓宽输入电压范围，但存在开关损耗较高，电能变换率低等问题。
　　为了解决二次型Boost变换器的上述问题并维持其优势，本论文设计并研究了一种新型辅助谐振软开关（Auxiliary Resonant Soft-Switching，ARSS）二次型Boost变换器，在基本二次型Boost变换器结构中设计了一个辅助谐振软开关电路结构。本论文细致地分析了ARSS二次型Boost变换器的电路结构和基本工作原理，介绍了该变换器在各开关模态的工作过程和主要工作波形，并对变换器开关管通断关系、输出特性、电压电流应力、软开关条件等进行了系统地理论研究。研究结果表明，ARSS二次型Boost器中主开关和辅助开关能够在零电压条件下实现软开关变换，提高电能变换效率，并且能够提供比传统的软开关二次型Boost变换器更高的电压增益，拥有更宽的输入电压范围。
　　为了验证上述理论分析的正确性，本论文选取合适的电路元件及参数，在MATLAB/Simulink平台搭建了基本二次型 Boost变换器和 ARSS二次型 Boost变换器地仿真电路模型，并设计了基于 FPGA-EP4CE15F17C8的 ARSS二次型Boost变换器实验样机，进行相应的仿真和实验，分析仿真和实验结果。最终，仿真结果和实验结果同上述地理论分析结论一致，验证了理论分析的正确性，也体现了本论文设计的ARSS二次型Boost变换器拥有一定的优越性和创新性，能够满足新能源发电系统对开关DC-DC变换器更高的应用设备要求。

目录

声明

1 绪论

1.1 论文研究背景及意义

1.2 高增益开关DC-DC变换器

1.3 软开关DC-DC变换器

1.4 论文的主要工作

2 二次型Boost变换器

2.1 概述

2.2 二次型Boost变换器工作原理

2.3 二次型Boost变换器特性分析

2.4 本章小结

3 ARSS二次型Boost变换器

3.1 概述

3.2 ARSS二次型Boost变换器拓扑结构

3.3 ARSS二次型Boost变换器工作原理

3.4 ARSS二次型Boost变换器特性分析

3.5 本章小结

4 ARSS二次型Boost变换器实验研究

4.1 概述

4.2 ARSS二次型Boost变换器仿真研究

4.3 ARSS二次型Boost变换器实验研究

4.4 本章小结

5 结论和展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

致谢

个人简历、在学期间发表的学术论文及研究成果