一种新型高增益交错并联Boost变换器的研究

摘要

随着传统能源资源的日益紧缺，光伏、燃料电池等新能源资源被广泛利用，然而因光伏、燃料电池等新能源发电系统的前级输出电压较低，无法直接供给电网发电或给负载供电，因此，需要一种高效高升压比的直流变换器将电压提升到电网发电的等级。交错并联直流升压变换器具有输入电流纹波小，电压增益高等特点，非常适合于低压大电流输入、高压输出的新能源发电系统，因此，研究一种新型的高增益交错并联直流升压变换器具有非常重要的意义。
　　交错并联技术因其诸多优点在DC-DC变换器中具有广泛应用，论文通过对采用交错并联技术的隔离型和非隔离型交错并联Boost变换器的发展现状的研究，发现了发展新型高增益交错并联Boost变换器需要解决的诸多问题。针对这些问题研究了一种适合燃料电池等新能源发电系统的带变压器和开关电容非隔离型交错并联Boost变换器，详细分析并仿真验证了其工作原理和稳态工作性能，得出了该变换器具有较小的输入输出纹波，漏感能量无需额外箝位电路便可回收利用等优点，但其电压增益不够高，开关管和二极管的电压应力相对较高。因此，论文工作对对带变压器和开关电容非隔离型交错并联Boost变换器研究进行了一定的改进，提出了一种新型高增益交错并联Boost变换器。
　　论文研究了新型高增益交错并联Boost变换器在占空比小于0.5和大于0.5时的工作原理，通过对其稳态工作性能的分析，推导出了电压增益，开关管和二极管的电压应力、电流应力等重要电路参数，并与传统变换器稳态性能进行了对比分析。通过仿真验证，结果表明提出的新型变换器具有更高的电压增益，更低的开关管和二极管电压应力；为了进一步研究提出的变换器的工作特性，采用状态空间平均法对变换器在占空比大于0.5时的工作模态进行了小信号建模，推导出了输入电压到输出电压，占空比到输出电压等的传递函数，并在此基础上利用频域分析法分析了变换器的稳定性，设计了闭环反馈补偿网络，搭建了系统闭环控制仿真实验模型，仿真结果显示设计的闭环系统具有较好的稳定性和动态性能。
　　最后，本文对提出的变换器的主电路参数和隔离驱动电路进行了详细设计，并在此设计的基础上研制了一台200W的原理样机，实验结果与仿真结果一致，表明了提出的新型高增益交错并联Boost变换器理论分析的正确性。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

1 绪 论

1.1 课题研究背景和研究意义

1.2 高增益交错并联Boost变换器的研究现状

1.3 本文主要研究内容

1.4 本章小结

2 带变压器和开关电容非隔离交错并联Boost变换器的研究

2.1 引言

2.2 变换器拓扑与工作原理

2.3 变换器稳态性能分析

2.4 仿真分析

2.5 本章小结

3 新型高增益交错并联Boost变换器的研究

3.1 引言

3.2 新型高增益交错并联Boost变换器拓扑与工作原理

3.3 变换器稳态性能分析

3.4 与传统变换器性能比较

3.5 仿真分析

3.6 本章小结

4 新型高增益交错并联Boost变换器的建模与补偿网络设计

4.1 引言

4.2 新型高增益交错并联Boost变换器的状态空间平均法建模

4.3 反馈补偿控制器设计

4.4 本章小结

5 硬件设计与实验

5.1 开关频率选择与样机设计指标

5.2 主电路参数设计

5.3 隔离驱动电路设计

5.4 实验与仿真结果分析

5.5 本章小结

6 结论与展望

6.1 全文总结

6.2 展望

致谢

参考文献

附录 作者在攻读学位期间发表的论文目录