相移加PWM复合控制双向DC-DC变换器拓扑的综合方法

摘要

高功率密度双向DC-DC功率变换器能够高效率、灵活地实现对电能双向流动的控制,将广泛地应用在电动汽车、航天供电系统、新能源再生能源发电等系统中.但是双向DC-DC功率变换器要在电动汽车、航天等许多应用场合获得实际应用仍面临三大问题,即双向DC-DC功率变换器的功率密度、电磁兼容性和成本问题.软开关技术是解决功率密度和电磁兼容性的关键技术.相移控制双向DC-DC功率变换器因具有功率器件电压,电流应力小,定频工作和无须增加辅助器件即可实现功率器件的零电压开关条件等优点而受到关注.研究表明,当相移控制双向DC-DC功率变换器的输入电压或输出电压偏离标称电压时,相移控制将在双向DC-DC变换器中造成严重的环流,导致通态损耗的迅速增加和软开关条件的破坏.而在电动汽车、航天等能量管理系统中,无论是双向DC-DC功率变换器输入还是输出的电压变化范围都是很大的,相移控制双向DC-DC功率变换器的应用遇到了严重的限制.PWM控制双向DC-DC功率变换器具有对输入和输出电压大范围变化适应性强的优势;相移控制具有无须辅助开关即可实现双向DC-DC功率变换器零电压开关能力的优势.该文综合PWM控制双向DC-DC变换器和相移控制双向DC-DC变换器的优势,探讨将脉宽调制与相移控制相结合的具有高功率密度、高效率和高电磁兼容性的双向DC-DC功率变换器拓扑及应用技术.文中介绍了相移加PWM复合控制技术的实质,并从电路拓扑理论出发,推导出相移与PWM复合控制双向功率变换器拓扑族,最后以一个具体电路为实例阐述了相移与PWM复合控制双向DC-DC变换器的工作原理,给出了控制电路的设计方法,对变换器的损耗构成进行了详尽的分析,给出了各部分损耗的数学模型,最后给出了实验结果.

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1双向DC-DC变换器的原理

1.2双向DC-DC变换器的应用

1.3双向DC-DC变换器发展概况

1.3.1双向DC-DC变换器的的拓扑概况

1.3.2双向DC-DC变换器的软开关技术现状

1.4本论文的目的和主要工作

第2章相移加PWM复合控制双向直流变换器族

2.1相移加PWM复合控制双向DC-DC变换器的基本原理

2.2相移加PWM复合控制技术的实质

2.3基本变换单元产生的原理

2.4变换单元的组合原则

2.5变换器的工作原理

2.6实验结果

2.7小结

第3章控制电路的设计

3.1相移加PWM复合控制的电路实现

3.1.1相移加PWM复合控制的策略

3.1.2 驱动电路实验波形

3.2驱动电路的改进措施

3.2.1 负的栅极偏置的产生

3.2.2 驱动电路输出电流提高

3.3小结

第4章变换器的损耗模型及效率分析

4.1变换器损耗构成分析

4.2功率开关损耗的数学模型及仿真分析

4.2.1通态损耗数学模型

4.2.2关断损耗数学模型

4.2.3变换器损耗Pspice仿真分析

4.3磁性元件损耗分析

4.3.1变压器损耗分析

4.3.2输出滤波电感Lo损耗分析

4.3.3电感L1损耗分析

4.4实验结果及分析

4.5小结

第5章结论

参考文献

附录一：仿真电路图

附录二：攻读硕士学位期间发表的论文

致谢