两级式双向变换器的设计

发布时间：2017-10-27 06:39

  本文关键词：两级式双向变换器的设计

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【摘要】：随着全球能源紧缺以及环境污染问题的日益严重,能实现节能减排的新技术日益成为人们关注的焦点。而在相关的新能源技术领域,能够实现能量双向流动的变换器发挥了不可或缺的作用。本文针对两级式并网双向变换器,分别对前后级两个模块进行了设计与实现,进一步提高了整个系统的效率和功率密度。本文分析了两级式变换器的研究现状,分别对前级AC/DC双向变换器和后级DC/DC双向变换器进行了详细介绍,在对各种具体拓扑结构优缺点进行比较后,选定单相全桥AC/DC拓扑和半桥LLC谐振拓扑作为研究对象。本文设计的开关变换器主要应用于小电压大电流场合,因此后级采用两个对称LLC输入输出交错并联结构,以减少输出电流纹波。对单相全桥AC/DC和半桥LLC谐振这两个拓扑的工作特性进行具体分析,其中详细分析了正向LLC谐振变换器的工作状态,运用基波分析法得到LLC变换器的理想工作区域,为后边的主电路参数设计选型提供了理论依据。同时对正向运行过程建立了精确的损耗模型。对变压器副边同步整流设计了合理的数字驱动方案,进一步提升LLC谐振电路效率。本文设计的两级式双向变换拓扑采用的是分布式控制策略,二者在控制系统上完全解耦,保证变换器始终工作在单位功率因数状态下。根据设计指标要求,对主电路元件进行参数计算与设计;运用扩展描述函数法(EDF)对LLC谐振电路进行的小信号建模,并由此得出电压环被控对象的传递函数;设计补偿参数,分析系统稳定性和动态性能。搭建MATLAB仿真模型对单相全桥AC/DC和双向LLC谐振变换器进行仿真验证。搭建了一台1.8 k W的实验样机,对实验样机进行调试运行。实验结果表明,该实验样机可以实现正向整流充电,两种模式的功率换向控制以及放电并网等功能,同时也具备良好的动态响应速度和较高的并网效率。
【关键词】：双向变换器 LLC谐振 高效率 交错并联 同步整流
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM46
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第1章 绪论8-15
• 1.1 课题来源及研究的背景和意义8-9
• 1.2 国内外在该方向的研究现状及分析9-14
• 1.2.1 双向AC/DC变换器发展现状9-10
• 1.2.2 双向DC/DC变换器发展现状10-11
• 1.2.3 基于LLC谐振双向DC/DC变换器研究现状11-14
• 1.3 本文的主要研究内容14-15
• 第2章 单相全桥AC/DC基本原理及仿真分析15-25
• 2.1 引言15
• 2.2 PWM双向AC/DC基本原理及模态分析15-19
• 2.2.1 单相全桥AC/DC基本原理分析15-16
• 2.2.2 单相全桥AC/DC工作过程分析16-19
• 2.3 单相全桥AC/DC的参数设计19-20
• 2.3.1 网侧交流电感的设计19-20
• 2.3.2 直流侧电容的设计20
• 2.4 单相全桥AC/DC的仿真与设计20-24
• 2.4.1 PWM调制方式的选择20-21
• 2.4.2 单相全桥AC/DC的控制环路设计与仿真21-24
• 2.5 本章小结24-25
• 第3章 双向LLC工作特性及损耗分析25-36
• 3.1 引言25
• 3.2 交错并联LLC谐振方案分析25-26
• 3.3 正向LLC工作特性分析26-29
• 3.3.1 正向LLC工作模态分析26-28
• 3.3.2 正向LLC直流特性分析28-29
• 3.4 反向LLC工作特性分析29-31
• 3.5 变换器正向运行的损耗模型31-35
• 3.5.1 整流开关损耗分析31-32
• 3.5.2 输出稳压电容损耗32-33
• 3.5.3 变压器损耗33-34
• 3.5.4 MOSFET开关损耗34-35
• 3.6 本章小结35-36
• 第4章 LLC谐振变换器的控制系统设计36-48
• 4.1 引言36
• 4.2 双向LLC谐振变换器的参数设计36-37
• 4.2.1 谐振槽元件的选择36-37
• 4.2.2 输出侧同步整流管的选取37
• 4.3 LLC谐振变换器的小信号建模37-43
• 4.4 LLC谐振变换器的补偿器设计与仿真43-47
• 4.4.1 LLC谐振变换器的补偿器设计43-46
• 4.4.2 LLC谐振变换器的仿真分析46-47
• 4.5 本章总结47-48
• 第5章 系统实验分析48-55
• 5.1 引言48
• 5.2 硬件电路设计48-49
• 5.2.1 驱动电路48
• 5.2.2 采样电路48-49
• 5.3 系统软件设计49-51
• 5.3.1 系统主程序流程49-50
• 5.3.2 中断子程序流程50-51
• 5.4 实验结果分析51-54
• 5.4.1 正向充电空载软启动分析51-52
• 5.4.2 逆变并网分析52
• 5.4.3 零电压及同步整流分析52-53
• 5.4.4 切载分析53
• 5.4.5 两路谐振电流分析53-54
• 5.4.6 并网效率测试54
• 5.5 本章小结54-55
• 结论55-56
• 参考文献56-61
• 致谢61

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本文编号：1102380