基于电流源型半桥拓扑的双向直流变换器技术研究

摘要

本文研究适合于飞机高压直流电源系统用的28V/270V软开关双向DC-DC变换器技术。在总结国内外双向DC-DC变换器研究的基础上指出目前的技术无法满足飞机270V高压直流供电系统用双向DC-DC变换器的要求，需要寻找新的电路拓扑、软开关技术和控制策略。 论文首先进行了基于电流源型半桥拓扑的双向DC-DC变换器可行性研究，通过合理设计电感值使电流始终工作在有正有负的状态，可以实现所有开关管的零电压开通(ZVS)。提出了一端稳压一端稳流控制策略，可以实现双向DC-DC变换器能量流动方向的自由切换，具有优良的稳态和动态特性。 通过在电流源型半桥变换器的变压器副边加入有源谐振支路可以实现主开关管的零电流关断(ZCS)和脉冲宽度调制(PWM)控制。对电流源型半桥变换器的主开关采用不对称控制同样可以实现主开关管的ZCS关断和PWM控制。主功率器件采用逆阻型IGBT是一种新的尝试，可以消除普通IGBT反并二极管的反向恢复问题，并有效抑制谐振电流峰值。 在电流源型半桥变换器的变压器原边加入有源钳位支路可以钳位开关管的关断电压尖峰，并可以实现所有开关管ZVS开通，同时也为主开关管占空比小于0.5时提供了电流流通通路。 论文最后提出一种新型双向DC-DC变换器。主电路拓扑为电流源型半桥-电压源型半桥的完全对偶对称的组合拓扑。提出对两个半桥产生的电压相位进行相移控制和对电流源型半桥开关管实行PWM控制的组合式控制策略，可以实现所有开关管的ZVS，并且能保持在电池电压波动时变压器两端电压匹配。对相移角φ和占空比d的解耦控制简化了控制电路。成功研制了1.5kW、28V/270V、100kHz双向DC-DC变换器样机，样机最高效率达到96.9％，最低效率超过89.5％。具有优良的稳态和动态性能。