容性负载移相全桥ZVS DC/DC变换器研究

摘要

当今，中大规模的电力储能在诸多领域的应用越来越广泛，在多种不同的储能技术中，超级电容器因在规模储能领域中具有功率密度大、充放电速度快、可靠性高、维护成本低和环保无污染等突出优势而有着重要的地位。在基于超级电容器为储能单元的DC/DC变换器中，一般具有较高的系统功率容量和安全隔离等要求，而全桥拓扑结构又大量应用在中大功率DC/DC变换器中，本课题就是在以超级电容器为一类典型的容性负载条件下对移相全桥零电压软开关（ZVS）变换器展开研究。
　　对于作为容性负载的超级电容器，本文分析其基本原理和特性，并研究超级电容单体组合的均压问题，从多个角度对超级电容器负载网络模型进行构造分析。在建立的负载模型基础上，详细分析容性负载基本移相全桥ZVS变换器工作模态及所存在的问题，针对副边占空比丢失问题和更宽负载范围实现ZVS的要求，本文提出一种原边带耦合电感的移相全桥ZVS变换器优化设计方案并详细分析其工作原理，为避免副边整流管的寄生振荡，本文对副边有源箝位电路进行分析。
　　在对所采用的移相全桥ZVS变换器进行相关参数设计后，本文采用平均开关模型法建立基于容性负载移相全桥变换器的小信号分析模型，按照超级电容器的充电策略及系统稳定性及动态特性要求，设计闭环补偿调节器，并得到相应的数字控制补偿设计及软件控制流程图。
　　采用PSIM仿真软件在确定参数的超级电容器容性负载模型下对基本和优化设计的移相全桥ZVS变换器分别进行基于DSP数字控制系统的仿真，对变换器的性能进行对比分析，继而对基于TMS320F28335数字控制系统的变换器相关硬件电路设计和实验平台搭建，最后结合本文对容性负载的充电控制策略进行相关的实验测试，根据结果探究优化设计的变换器的性能，验证本文理论分析和设计的合理性。

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第1章 绪 论

1.1 课题背景和意义

1.2超级电容器的研究及应用综述

1.3全桥软开关DC/DC变换器概述

1.4 本文的主要研究内容

第2章 容性负载基本移相全桥ZVS变换器分析

2.1超级电容器概述及相关问题研究

2.2以超级电容器为容性负载网络的构造分析

2.3基本移相全桥ZVS变换器分析

2.4 本章小结

第3章 针对容性负载网络的拓扑优化和参数设计

3.1针对容性负载网络优化拓扑的提出

3.2原边带耦合电感的移相全桥ZVS变换器分析

3.3变换器副边有源箝位电路分析

3.4移相全桥ZVS变换器关键参数设计

3.5 本章小结

第4章 容性负载移相全桥变换器控制系统设计

4.1 容性负载移相全桥ZVS变换器系统建模

4.2移相全桥变换器连续域控制器的设计

4.3 基于DSP处理器的数字控制系统实现

4.4 本章小结

第5章 系统仿真及硬件平台实验结果分析

5.1 容性负载移相全桥ZVS变换器系统仿真

5.2 变换器关键硬件电路设计

5.3 移相全桥变换器样机及实验平台

5.4 系统实验结果分析

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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