基于旋转电容的直流电网软开关DC-DC变换器设计

发布时间：2019-07-23 13:01

【摘要】：作为连接不同电压等级直流母线的关键设备之一,DC-DC变换器转换效率的提高对于建立直流电网有重要意义。为了降低大功率软开关DC-DC变换器的体积和质量,基于旋转电容构造了一种能够实现功率器件零电流关断的非隔离型双向DC/DC变换器。介绍了变换器的电路拓扑结构;分析了不同模式下的稳态工作过程;设计了器件的具体参数及控制方案并研究了变换器的损耗特性;最后,在Matlab/Simulink中搭载仿真模型,验证了设计方案和控制策略的正确性。结果表明,所设计的变换器能够实现开关管和二极管的零电流关断,具有较高的转换效率。
【图文】：

、二极管D2和支路开关S2。其中，旋转电容如图1虚框所示:Sa导通，电容正向充电;Sb导通，电容放电后反向充电。支路开关S1和S2主要作用是为了避免因电容旋转引起的二极管误导通，保证二极管支路仅在对应的模式下参与工作。2工作原理在进行稳态分析前，需要做如下假设:(1)开关管与二极管均为理想器件，导通压降为0;(2)谐振电感谐振电容均为理想器件，损耗可以忽略;(3)忽略线路中的杂散电感和电容;(4)输入输出电压为恒压源，忽略扰动。2.1Buck模式双向DC/DC变换器工作在Buck模式下，闭合图1DC/DC变换器拓扑结构Fig.1TopologyofDC/DCconverterS1，能量由高压侧流向低压侧，此时控制开关管Sa和Sb，占空比固定。在一个开关周期内主要分为6个工作阶段。各阶段的工作图及电压电流参考方向如图2所示，图中虚线表示各阶段内变换器内电流通路。图2Buck模式下各阶段工作示意图Fig.2OperationprinciplesofeachstageinBuckmode(1)t0—t1阶段(阶段1):t0时刻，Sa导通，高压电源、Cr1、Sa桥臂、电感Lr和低压电源构成回路，高压电源对Lr、Cr1充电，电感电流和电容电压波形为正弦波;其余支路均处于开路状态。(2)t1—t2阶段(阶段2):t1时刻，，电容Cr1电压uCr1上升至Uh，二极管D1正向偏置，电流自然换流至

行稳态分析前，需要做如下假设:(1)开关管与二极管均为理想器件，导通压降为0;(2)谐振电感谐振电容均为理想器件，损耗可以忽略;(3)忽略线路中的杂散电感和电容;(4)输入输出电压为恒压源，忽略扰动。2.1Buck模式双向DC/DC变换器工作在Buck模式下，闭合图1DC/DC变换器拓扑结构Fig.1TopologyofDC/DCconverterS1，能量由高压侧流向低压侧，此时控制开关管Sa和Sb，占空比固定。在一个开关周期内主要分为6个工作阶段。各阶段的工作图及电压电流参考方向如图2所示，图中虚线表示各阶段内变换器内电流通路。图2Buck模式下各阶段工作示意图Fig.2OperationprinciplesofeachstageinBuckmode(1)t0—t1阶段(阶段1):t0时刻，Sa导通，高压电源、Cr1、Sa桥臂、电感Lr和低压电源构成回路，高压电源对Lr、Cr1充电，电感电流和电容电压波形为正弦波;其余支路均处于开路状态。(2)t1—t2阶段(阶段2):t1时刻，电容Cr1电压uCr1上升至Uh，二极管D1正向偏置，电流自然换流至
【作者单位】： 华北电力大学电气与电子工程学院;
【分类号】：TM46

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本文编号：2518170