单原边绕组双输入电流源型全桥变换器的研究

摘要

新能源的开发利用是解决能源危机及环境污染问题的有效措施之一，多种新能源构成的新能源联合供电系统是指利用各种新能源之间或新能源与其它能源之间的互补性，在输出端得到较为稳定的电力输出。在新能源联合供电系统中，用一个多输入直流变换器(Multiple-InputConverter，MIC)代替传统联合供电系统中的多个单输入直流变换器，可以简化系统结构、降低系统成本。本文重点研究了单原边绕组电流源型全桥MIC的电路拓扑和控制策略。
　　目前已有文献利用脉冲源单元（包括脉冲电压源和脉冲电流源）的概念按照组合原则介绍了MIC电路拓扑生成方法。其中，将非隔离型脉冲源单元直接串联或并联后再级联相应的滤波电路构成非隔离型的MIC，将隔离型脉冲源单元直接串联或并联后再级联相应的滤波电路构成非隔离型的MIC。由上述方法生成的隔离型MIC虽然实现了电气隔离，但是其推导出的隔离型MIC结构较为复杂，随着输入源数量的增加，原边绕组随之增加，所需功率管数量大量增加，从而导致结构复杂、控制困难、成本增加等问题。本文采用非隔离型脉冲电流源单元的并联组合直接替代单输入电流源型全桥变换器输入源的方法，提出了一族单原边绕组多输入电流源型全桥变换器，与多原边绕组多输入变换器相比，其结构简单，控制灵活，功率器件大为减少，且仅需要一个原边绕组，减小了变压器的漏感。由脉冲电流源单元的并联组合构成的多输入变换器的输入源既可以同时也可以分时向负载传输能量。变换器前级采用电流源型结构，输入电流连续且脉动小，可有效延长光伏电池、燃料电池等的使用寿命。
　　本文以Boost型脉冲电流源的并联组合直接替代单输入电流源型全桥变换器的输入源，构成的单原边绕组双输入电流源型全桥变换器为例，详细介绍其工作原理，分析了脉冲电流源组合中开关管和母变换器中开关管驱动信号相位关系以及脉冲电流源组合中开关管不同的开关时序对母线电压的影响。最后本文讨论了该变换器的参数设计，并研制完成了一台800W的原理样机，验证了理论分析的正确性以及控制策略可行性。

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图表目录

注释表

第一章 绪论

1.1 能源现状

1.2 新能源的利用

1.3 多输入直流变换器

1.4 本文研究内容和意义

第二章 单原边绕组双输入电流源型全桥变换器的拓扑推导

2.1 引言

2.2 单输入全桥直流变换器

2.3 脉冲源单元的类型及其组合原则

2.4 单原边绕组电流源型全桥MIC的推导

2.5单原边绕组隔离型MIC的控制方式

2.6 与多原边绕组电流源型全桥MIC的比较

2.7 本章小结

第三章 单原边绕组双输入电流源型全桥变换器的工作原理及控制方法

3.1 引言

3.2 工作模态

3.3 基本控制方式

3.4 隔离型Boost变换器的起动问题

3.5本章小结

第四章 变换器的设计及仿真、实验验证

4.1引言

4.2 变压器设计

4.3电感设计

4.4 滤波电容的选取

4.5 功率管

4.6 二极管的选择

4.7 MOS管驱动电路的设计

4.8 系统的仿真与实验验证

4.9 本章小结

第五章 工作总结与展望

5.1本文的主要工作

5.2下一步要完成的工作

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文