多模式谐振型直流变换器的系统设计及其寄生参数影响

摘要

新能源发电单元具有输出电压低、范围宽等特点，高频高效的低电压宽输入变换器成为新能源发电领域的研究热点。本文以新能源发电系统中的前级升压变换器为研究对象，讨论了适用于高频电路的软开关谐振型拓扑，其中全桥LLC谐振变换器软开关特性良好，可以实现全功率范围内的功率器件软开关，进而通过对拓扑的变形及工作模式的拓展可实现宽电压范围输入的要求。
　　本文首先介绍了多模式谐振型直流变换器的基本原理，通过绘制相轨迹图得到变换器在三种工作模式下的开关管应力，以及不同模式下控制量与增益比之间的数学关系。并根据变换器前级的输出特性及三种工作模式的软开关特性对工作模式的电压范围进行合理分区，以光伏发电为应用背景进行了电路参数设计。
　　针对高频场合中寄生参数影响加剧的情况，对电路进行包含寄生参数的s域小信号建模分析，进而开展高频寄生参数对电路软开关的影响研究。根据绕组间的电场储能特性进行数学建模，提取得到磁性元件寄生参数，并通过对包含寄生参数的等效电路进行分析，得出不影响软开关的变换器内寄生参数及死区时间的约束条件。
　　最终，针对光伏发电系统设计了一台两级式光伏并网逆变器，完成两级式并网逆变器的系统设计。对前级多模式谐振型直流变换器进行了MPPT跟踪策略研究及多模式控制策略研究，对后级双buck并网逆变器进行了并网策略研究。完成一台30VDC/220VAC500W的实验样机，最高效率达到96.08％，验证了理论分析的可行性。

目录

声明

致谢

摘要

1．1 课题研究的背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 谐振型软开关电路研究现状

1．2．2 多模式谐振型电路研究现状

1．2．3 高频寄生参数研究现状

1．3 本文主要工作及章节安排

2 多模式谐振型直流变换器基本原理及电路设计

2．1 谐振型直流变换器基本工作原理

2．1．1 升压模式

2．1．2 降压模式

2．1．3 谐振模式

2．2 谐振型直流变换器模式分区

2．2．1 光伏系统

2．2．2 燃料电池系统

2．3 谐振型直流变换器电路参数设计

2．3．1 主电路参数设计

2．3．2 变压器设计

2．3．3 谐振网络设计

2．3．4 死区时间和激磁电感的设计

2．3．5 功率器件选型

2．4 本章小结

3 高频寄生参数对软开关的影响研究

3．1 原边开关管软开关失效

3．2 高频寄生参数提取

3．2．1 变压器分布电容提取

3．2．2 功率器件结电容提取

3．3 s域电路模型搭建

3．4 寄生参数边界条件

3．5 死区时间对软开关的影响

3．6 高频寄生参数影响及实验验证

3．7 本章小结

4 多模式谐振型直流变换器在光伏并网系统中应用设计研究

4．1 两级式光伏并网系统设计研究

4．2 多模式谐振型直流变换器在系统中综合设计研究

4．2．1 多模式控制策略

4．2．2 硬件电路设计

4．2．3 实验验证

4．3 光伏并网系统设计

4．3．1 逆变器并网控制策略

4．3．2 硬件电路设计

4．3．3 实验验证

4．4 本章小结

5．1 全文工作总结

5．2 后续工作展望

参考文献

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

学位论文数据集