辅助谐振软开关二次型Boost变换器
本文选题:软开关 切入点:辅助谐振电路 出处:《郑州大学》2017年硕士论文
【摘要】:近年来,由于国家能源发展策略出现新变化,以风力发电、太阳能光伏发电为代表的新能源发电系统得到国家政策的大力支持,从装机容量方面来看,其投入力度已经达到世界领先水平。但随着新能源发电系统的高速发展和推广,其关键设备开关DC-DC变换器的要求也越来越高。因此本论文对于宽输入范围特点的高增益软开关DC-DC变换器展开系统地研究工作,可解决风力发电机、太阳能电池阵列等新能源供电装置提供的输入电压等级低、输入电压变化范围宽、新能源发电系统能量传输效率不稳定等问题,这具有重要研究意义。本论文介绍了高增益开关DC-DC变换器和软开关DC-DC变换器的研究现状,选取了几种常见的高增益开关DC-DC变换器结构和软开关DC-DC变换器结构,简要阐述了各类变换器结构的工作原理,并对比每类变换器的优缺点。经比较发现,二次型Boost变换器结构最符合新能源发电系统的应用设备要求。本论文深入分析了二次型Boost变换器结构,根据变换器中两个主电感能量变换状态的不同,将二次型Boost变换器分为CCM-CCM、CCM-DCM、DCM-CCM和DCM-DCM四种类型。本论文分别对每类二次型Boost变换器的工作原理、变换器工作特性和能量传递模式等方面进行了详细地理论研究。经研究发现,二次型Boost变换器能够提供高电压增益,拓宽输入电压范围,但存在开关损耗较高,电能变换率低等问题。为了解决二次型Boost变换器的上述问题并维持其优势,本论文设计并研究了一种新型辅助谐振软开关(Auxiliary Resonant Soft-Switching,ARSS)二次型Boost变换器,在基本二次型Boost变换器结构中设计了一个辅助谐振软开关电路结构。本论文细致地分析了ARSS二次型Boost变换器的电路结构和基本工作原理,介绍了该变换器在各开关模态的工作过程和主要工作波形,并对变换器开关管通断关系、输出特性、电压电流应力、软开关条件等进行了系统地理论研究。研究结果表明,ARSS二次型Boost器中主开关和辅助开关能够在零电压条件下实现软开关变换,提高电能变换效率,并且能够提供比传统的软开关二次型Boost变换器更高的电压增益,拥有更宽的输入电压范围。为了验证上述理论分析的正确性,本论文选取合适的电路元件及参数,在MATLAB/Simulink平台搭建了基本二次型Boost变换器和ARSS二次型Boost变换器地仿真电路模型,并设计了基于FPGA-EP4CE15F17C8的ARSS二次型Boost变换器实验样机,进行相应的仿真和实验,分析仿真和实验结果。最终,仿真结果和实验结果同上述地理论分析结论一致,验证了理论分析的正确性,也体现了本论文设计的ARSS二次型Boost变换器拥有一定的优越性和创新性,能够满足新能源发电系统对开关DC-DC变换器更高的应用设备要求。
[Abstract]:In recent years, due to the new changes in the national energy development strategy, the new energy generation system, represented by wind power generation and solar photovoltaic power generation, has been strongly supported by the national policy. From the point of view of installed capacity,Its investment has reached the world's leading level.However, with the rapid development and popularization of the new energy generation system, the requirements of switching DC-DC converter, the key equipment, are becoming higher and higher.Therefore, in this paper, the high gain soft-switching DC-DC converter with wide input range can be studied systematically, which can solve the problem of low input voltage level provided by new energy supply devices such as wind turbine, solar cell array and so on.It is of great significance to study such problems as wide range of input voltage and unstable energy transmission efficiency of new energy generation system.This paper introduces the research status of high gain switching DC-DC converters and soft switching DC-DC converters, selects several common high gain switching DC-DC converters and soft switching DC-DC converters, and briefly describes the working principles of all kinds of converters.The advantages and disadvantages of each kind of converter are compared.By comparison, it is found that the secondary Boost converter structure is the most suitable for the application equipment requirements of the new energy generation system.In this paper, the structure of the quadratic Boost converter is analyzed in depth. According to the difference of the energy conversion states of the two main inductors in the converter, the quadratic Boost converter is divided into four types: CCM-CCM, CCM-DCM, DCM-CCM and DCM-DCM.In this paper, the working principle, operating characteristics and energy transfer mode of each kind of quadratic Boost converter are studied in detail.It is found that the quadratic Boost converter can provide high voltage gain and widen the input voltage range, but there are some problems such as high switching loss and low power conversion rate.In order to solve the above problems of quadratic Boost converter and maintain its advantages, a new auxiliary resonant soft switching Resonant switching Boost converter is designed and studied in this paper.An auxiliary resonant soft switching circuit is designed in the basic quadratic Boost converter structure.In this paper, the circuit structure and basic working principle of ARSS secondary Boost converter are analyzed in detail. The working process and main working waveforms of the converter in each switching mode are introduced, and the switching relationship and output characteristics of the converter are also discussed.Voltage and current stress and soft switching conditions are studied systematically.The results show that the main switch and auxiliary switch can achieve soft switching at zero voltage, improve the efficiency of power conversion, and can provide higher voltage gain than the traditional soft-switching quadratic Boost converter.Has a wider input voltage range.In order to verify the correctness of the above theoretical analysis, this paper selects the appropriate circuit components and parameters, and builds the basic quadratic Boost converter and ARSS quadratic Boost converter simulation circuit model on the MATLAB/Simulink platform.An experimental prototype of ARSS quadratic Boost converter based on FPGA-EP4CE15F17C8 is designed, and the corresponding simulation and experiment are carried out, and the simulation and experimental results are analyzed.Finally, the simulation results and experimental results are consistent with the conclusions of the above theoretical analysis, which verify the correctness of the theoretical analysis, and also reflect the superiority and innovation of the ARSS quadratic Boost converter designed in this paper.Can meet the new energy generation system for switching DC-DC converter higher application equipment requirements.
【学位授予单位】:郑州大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TM46
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,本文编号:1711472
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