光伏发电系统移相全桥DC/DC变换器及控制方法研究

论文摘要

随着世界能源危机的加剧,太阳能作为一种无污染的绿色能源,它的开发与利用愈来愈受到重视。由于光伏电池组件串联的数量受到太阳能电池板耐压和绝缘要求的限制,因此在光伏发电系统中一般采用DC/DC升压环节。光伏升压DC/DC变换器性能的好坏直接影响光伏发电的转换效率,因此研究高频化、高效率的光伏升压软开关DC/DC变换器意义非常重大。本文针对光伏发电系统,分析和研究了全桥移相DC/DC变换器的拓扑结构和控制方法。首先,介绍了光伏发电技术的发展以及国内外的研究现状,分析比较了几种全桥ZVZCS DC/DC变换器的典型拓扑结构。根据光伏升压DC/DC变换器的特性给出了一种副边采用无源箝位的新型全桥ZVZCS DC/DC变换器拓扑结构,重点分析了其工作原理及软开关实现的条件,详细叙述了高频变压器、输出滤波电感的设计以及主电路器件的选取和参数的计算过程,并用仿真软件PSIM对主电路进行了仿真,仿真结果表明参数设计的正确性和可行性。本文采用英飞凌XE164F单片机作为主控芯片,设计了光伏升压全桥ZVZCS DC/DC变换器数字控制系统。介绍了一种基于英飞凌的数字移相PWM脉冲产生方法；分析了光伏升压DC/DC变换器控制策略,完成了控制系统软件的设计和编写。最后搭建了400V／500W光伏升压全桥ZVZCS DC/DC变换器试验样机,实验结果表明：主电路参数设计合理,成功实现ZVZCS,变换器工作稳定可靠。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题背景现状及研究意义
• 1.2 光伏发电的现状及发展
• 1.3 太阳能光伏发电系统组成
• 1.4 本文主要研究内容
• 2 光伏升压DC/DC变换器拓扑结构及原理分析
• 2.1 全桥变换器的控制方式
• 2.2 移相全桥PWM DC/DC变换器ZVZCS和ZVS的比较
• 2.3 几种现有ZVZCS电路拓扑的比较
• 2.3.1 滞后桥臂串二极管的ZVZCS PWM DC/DC变换器
• 2.3.2 原边采用饱和电感的ZVZCS PWM变换器
• 2.3.3 变压器副边采用有源箝位的ZVZCS电路
• 2.3.4 利用变压器辅助绕组的ZVZCS PWM变换器
• 2.3.5 副边采用无源箝位的ZVZCS PWM变换器
• 2.4 移相全桥DC/DC变换器工作原理分析
• 2.4.1 工作原理及过程分析
• 2.4.2 软开关条件的实现
• 2.5 本章小结
• 3 移相全桥ZVZCS PWM DC/DC变换器主电路设计
• 3.1 DC/DC主电路参数设计实现
• 3.1.1 主功率管和整流管的选取
• 3.1.2 输出滤波电感电容的设计
• 3.1.3 缓冲电路的设计
• 3.1.4 谐振电感和谐振电容的选取
• 3.1.5 箝位电路的设计
• 3.2 高频变压器的设计
• 3.2.1 变压器的性能指标
• 3.2.2 变压器参数的计算
• 3.3 主电路仿真波形分析
• 3.3.1 PSIM 6.0简介
• 3.3.2 仿真结果及分析
• 3.4 本章小结
• 4 光伏升压DC/DC变换器控制系统设计
• 4.1 控制芯片简介
• 4.1.1 数字控制系统结构及功能
• 4.1.2 英飞凌XE164F芯片介绍
• 4.1.3 基于XE164F的全桥移相数字PWM产生方案
• 4.2 控制系统硬件电路设计
• 4.2.1 驱动电路
• 4.2.2 采样电路
• 4.3 系统控制方案与软件设计
• 4.3.1 系统控制方案
• 4.3.2 控制系统软件实现
• 4.4 本章小结
• 5 实验及其结果分析
• 5.1 实验电路搭建
• 5.2 实验波形分析
• 5.3 本章小结
• 6 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 在校学习期间所发表的论文