论文摘要
随着技术的不断进步,对DC/DC变换器的性能要求越来越高,如何提高是电力电子领域研究的热点之一。本论文以提高变换器功率处理能力、动态负载性能以及抗输入电压扰动能力为主要目标,在基本DC/DC变换器的组合拓扑及控制方法方面做了一些基础性、探索性研究,所作主要工作如下:首先提出了交错串联DC/DC变换器,以交错串联BUCK变换器为例分析了其工作原理及性能特点,结果表明:交错串联DC/DC变换器具有开关器件电压应力低、动态负载性能好等优点,适用于电压较高的场合。为完善基本双频变换理论,首先根据拓扑等效变换,在基本双频BUCK、BOOST、BUCK-BOOST变换拓扑的基础上,推导出了系列基本双频变换拓扑。研究了基本双频变换器和改进双频变换器的工作模式,提出了改进双频变换器工作模式的判定方法。通过对改进双频变换器性能的详细分析,提出了低频电感的选取原则,还特别分析了低频电感电流次谐波振荡问题,并提出了抑制措施。为优化双频变换拓扑,提出了复合双频变换器,其高频单元为三电平,低频单元为两电平。与三电平BUCK变换器相比,复合双频BUCK变换器具有更高的效率,与改进双频BUCK变换器相比,复合双频BUCK变换器具有高频开关电压应力低,输出滤波电感电容小,动态负载性能好等优点。为提高变换器的动态负载性能和抗输入电压扰动能力,提出了两种电压-单周控制方法,即V2-OCC控制和OVDC-OCC控制。分析了它们的控制原理,建立了小信号模型,进行了频域仿真分析及实验验证,结果表明:采用V2-OCC控制比PID-OCC控制能获得更优的动态负载性能,但抗输入电压扰动能力稍差,而采用OVDC-OCC控制与PID-OCC控制一样可获得最优的抗输入电压扰动能力,而且动态负载性能也得到了提高。为便于实现过流保护及均流控制,提出了一类电流-单周控制方法,即C+-OCC控制、C-OCC控制、C--OCC控制,建立了小信号模型,进行了频域对比仿真分析和实验验证。结果表明:采用C+-OCC与C-OCC控制性能接近,但采用C+-OCC控制能获得更优的动态负载性能。当输入电压增加或负载减轻时,采用C--OCC控制会使输出电压会减小,这与常规控制方法明显不同。综合起来看,C+-OCC控制具有更优的性能。在此基础上,把电流-单周控制方法成功用于改进双频BUCK变换器,达到了预期效果。此外,还提出了一种新的零电压转移辅助网络,分析了基于该辅助网络的BOOST变换器的工作原理及性能特点,结果表明,在整个输入电压和负载变化范围,所有开关器件都近似实现了软开关,而且循环能量小,减小了导通损耗,变换器效率得到了提高。最后将其成功用于单相无整流桥BOOST功率因数正,进行了实验验证。
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摘要ABSTRACT1 绪论1.1 引言1.2 基本DC/DC 变换器的组合拓扑1.2.1 “输入并联＋输出并联”组合拓扑1.2.2 双串联组合拓扑1.2.3 双频组合拓扑1.3 基本DC/DC 变换器的控制方法1.4 论文课题背景1.5 论文所做工作2 基本交错串联DC/DC 变换器2.1 引言2.2 基本交错串联DC/DC 变换器的主电路拓扑2.3 基本交错串联BUCK 变换器的工作原理0.5 时变换器的工作原理'>2.3.1 D>0.5 时变换器的工作原理2.3.2 D<0.5 时变换器的工作原理2.4 基本交错串联BUCK 变换器的性能分析2.5 实验研究2.6 本章小结3 基本双频DC/DC 变换器拓扑3.1 引言3.2 基本双频DC/DC 变换器拓扑3.2.1 基本双频CUK 变换器拓扑的推演3.2.2 基本双频SEPIC 变换器拓扑的推演3.2.3 基本双频ZETA 变换器拓扑的推演3.3 本章小结4 双频DC/DC 变换器的工作模式及性能分析4.1 引言4.2 双频BUCK 变换器的工作模式分析及实验研究4.2.1 基本双频BUCK 变换器的工作原理及工作模式分析4.2.2 改进双频BUCK 变换器的工作原理及工作模式分析4.2.3 实验研究4.3 改进双频BUCK 变换器的性能分析及实验研究4.3.1 改进双频BUCK 变换器的性能分析4.3.2 实验研究4.4 本章小结5 复合双频变换器5.1 引言5.2 复合双频BUCK 变换器的工作原理0.5 时变换器的工作原理'>5.2.1 D>0.5 时变换器的工作原理5.2.2 D<0.5 时变换器的工作原理5.3 复合双频BUCK 变换器的性能分析5.4 实验研究5.5 本章小结6 电压-单周控制DC/DC 变换器6.1 引言2-OCC 控制BUCK 变换器.'>6.2 V2-OCC 控制BUCK 变换器.2-OCC 控制的工作原理'>6.2.1 V2-OCC 控制的工作原理2-OCC 控制的小信号模型'>6.2.2 V2-OCC 控制的小信号模型6.2.3 BUCK 变换器主电路的小信号模型2-OCC 控制BUCK 变换器的小信号模型'>6.2.4 V2-OCC 控制BUCK 变换器的小信号模型6.2.5 频域仿真研究6.2.6 实验研究6.3 OVDC-OCC 控制BUCK 变换器6.3.1 OVDC-OCC 控制的工作原理6.3.2 OVDC-OCC 控制的小信号模型6.3.3 OVDC-OCC 控制BUCK 变换器的小信号模型6.3.4 频域仿真研究6.3.5 实验研究6.4 本章小结7 电流-单周控制DC/DC 变换器7.1 引言7.2 电流-单周控制BUCK 变换器7.2.1 电流-单周控制的工作原理7.2.2 电流-单周控制的小信号模型7.2.3 电流-单周控制BUCK 变换器的小信号模型7.2.4 频域仿真研究7.2.5 实验研究7.3 C-OCC 控制改进双频BUCK 变换器7.3.1 工作原理7.3.2 控制环节的小信号模型7.3.3 改进双频BUCK 变换器主电路的小信号模型7.3.4 C-OCC 控制改进双频BUCK 变换器的小信号模型7.3.5 仿真研究7.3.6 实验研究7.4 本章小结8 一种新型零电压转移辅助网络8.1 引言8.2 ZVT PWM BOOST 变换器的工作原理8.3 ZVT PWM BOOST 变换器的性能特点8.4 ZVT PWM BOOST 变换器的设计8.5 实验研究8.6 本章小结9 全文总结致谢参考文献附录
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