UPS中双向DC-DC变换器的拓扑改进及其效率提高研究

发布时间：2017-12-25 06:02

  本文关键词：UPS中双向DC-DC变换器的拓扑改进及其效率提高研究　出处：《哈尔滨工业大学》2016年硕士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：双向DC-DC变换器实现了能量的双向流动,功能上等同于两个单向DC-DC变换器,使系统具有高功率密度及低成本等优势,已应用于不间断电源(UPS)、电动汽车、光伏发电、多端口供电等能量双向传递的系统,成为近年来国内外研究的热点。本文针对在线式低成本UPS应用,对其中的双向DC-DC变换器设计及其效率改善展开研究。传统电流型推挽全桥拓扑不能实现在线式UPS的开机软启动及空、轻载下的稳定运行,本文在该拓扑基础上加入电感副边线圈及两个续流二极管,来使推挽管工作在任意占空比状态,从而满足UPS中双向DC-DC变换器的设计要求。论文对改进后拓扑的工作过程进行仿真,验证改进拓扑的可行性。为了提高变换器性能,对系统进行反馈补偿设计。利用状态空间平均法对系统进行小信号建模,根据传递函数求取电压外环、电流内环的双闭环控制补偿参数,并通过频域和时域仿真验证系统的稳定性。磁性元件和开关管损耗是影响变换器效率的主要因素。为了改善双向DC-DC效率,论文从高频变压器和新型开关器件两方面展开分析。对高频变压器,本文利用Maxwell软件仿真不同绕组排列方式下的变压器损耗,来选择更优的绕组排列方式,从而减小变压器绕组损耗,提高变换器效率。对新型开关器件,本文利用碳化硅金属-氧化物半导体场效应晶体管(SIC MOSFET)替代目前使用的普通SI MOSFET或绝缘栅双极型晶体管(IGBT)来减少开关管损耗,提高变换器效率。最后,制作、调试样机来验证设计的可行性。实验结果表明改进后的拓扑可以实现开机软启动及不同负载下系统的双向稳定运行,达到了预期的设计目标。
【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

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本文编号：1331617