双Buck逆变器的拓展研究

论文摘要

逆变技术作为一种重要的电能变换技术,广泛的应用在不间断电源(UPS),有源滤波,电机驱动以及分布式发电系统等各类重要的工业场合。进一步提高逆变器的性能,尤其是进一步提高逆变器的功率密度具有重要的现实意义。双Buck逆变器是一种新颖的逆变器拓扑,它具有无桥臂直通的优点,适合运用于对可靠性要求较高的场合。此外,在双Buck逆变器中开关管的体二极管不参与工作,功率开关管和功率二极管可以分别得到优化选择。这使得它能够发挥新器件的最大优势,实现低的开关损耗,为进一步提高开关频率创造条件。然而,双Buck逆变器开关管的电压应力较高,是电源电压的两倍,因此不适合运用在高压场合。本文的研究首先关注的就是一种基于二极管箝位思想的三电平双Buck逆变器,它是双Buck逆变器在高压场合的一种拓展。三电平双Buck逆变器保留了两电平架构的优点,而且降低了器件的电压应力;此外,由于桥臂输出电压的波形为单极性调制,谐波含量较两电平调制波要小,因此可以选用较小的输出滤波器,提高了功率密度。本文详细分析了三电平双Buck逆变器的拓扑构成原理,并对一种可以实现电路三态运行的双环宽滞环电流控制策略进行了分析,仿真和实验证实了双环宽滞环电流控制的三电平双降压式半桥逆变器的可行性。最后,本文将运用于双降压式半桥逆变器的半周期控制思想引入到Buck/Boost基本拓扑上,提出了一种Buck/Boost单级可升压逆变器,本文详细分析了其工作原理,并做了仿真和实验研究。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 逆变技术的应用
• 1.2 逆变器的功率密度
• 1.2.1 逆变器的软开关技术
• 1.2.2 新的功率半导体器件带来的机会
• 1.3 双Buck 逆变器与半周期控制思想
• 1.3.1 双Buck 逆变器主电路拓扑
• 1.3.2 运行于半周期模式的双Buck 逆变器
• 1.4 三电平双降压式半桥逆变器
• 1.5 Buck/Boost 单级可升压逆变器
• 1.6 本文的主要内容及主要意义
• 1.6.1 本文的主要内容
• 1.6.2 本文的主要意义
• 第二章 三电平双Buck 逆变器
• 2.1 两电平双Buck 逆变器
• 2.1.1 工作原理分析
• 2.1.2 半周期运行双Buck 逆变器的特点
• 2.2 多电平逆变技术
• 2.3 二极管箝位型三电平双Buck 逆变器
• 2.3.1 二极管箝位型三电平全桥逆变器
• 2.3.2 二极管箝位型三电平双Buck 逆变器
• 2.4 模态分析与模态分配
• 2.4.1 模态分析
• 2.4.2 模态分配
• 2.5 小结
• 第三章 滞环控制方案研究
• 3.1 逆变器控制技术的发展
• 3.2 两电平双 Buck 逆变器的滞环电流控制实现
• 3.3 三电平双Buck 逆变器的滞环电流控制实现
• 3.3.1 双环宽三态滞环电流控制器
• 3.3.2 开关频率的计算
• 3.3.3 环宽间差值 Δh 的计算
• 3.4 小结
• 第四章 样机仿真与实验
• 4.1 仿真
• 4.1.1 空载仿真
• 4.1.2 阻性满载仿真
• 4.1.3 感性负载仿真
• 4.1.4 不同环宽差值仿真
• 4.1.5 电压应力仿真
• 4.2 实验
• 4.2.1 阻性负载实验
• 4.2.2 功率管电压应力波形
• 4.2.3 感性负载实验波形
• 4.3 小结
• 第五章 一种Buck/Boost 单级可升压逆变器的研究
• 5.1 单级可升压逆变器
• 5.2 电路模态分析
• 5.2.1 电路拓扑
• 5.2.2 模态分析
• 5.3 控制方案研究
• 5.4 仿真与ZCD 吸收电路
• 5.4.1 仿真
• 5.4.2 吸收电路的提出
• 5.5 带ZCD 吸收电路的Buck/Boost 单级逆变器的仿真和实验
• 5.5.1 仿真结果
• 5.5.2 实验结果
• 5.6 小结
• 第六章 全文总结和展望
• 6.1 本文的主要工作
• 6.2 后续工作的展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的论文