基于磁集成的移相推挽双向变换技术研究

发布时间：2020-04-16 22:22

【摘要】：进入21世纪以来,随着新型可再生清洁能源的发展,双向变换器由于其可以通过单一拓扑进行能量双向传输的优势,被广泛应用于电源管理、航空航天、不间断电源以及新能源汽车等领域中。然而双向变换器作为高频开关电源的一类,伴随着技术的发展以及节能环保等需求的提高,人们对于变换器的体积和效率有了新的要求——高频、高效及高功率密度。对此,本文从以下几个方面进行优化:(1)软开关技术;(2)磁集成技术;(3)同步整流技术。根据上述系统要求,本文首先确定了研究方案即移相全桥/推挽双向变换器,并对于这种变换器工作时推挽侧固有的电压尖峰问题产生机理进行了分析,并分别在高压侧与低压侧对拓扑进行了改进以抑制电压尖峰的产生。对于电压尖峰的抑制提高了系统的效率、降低了开关管电压应力且更易于变换器实现软开关。本文采用的双向变换器工作于降压模式时为方便参数设计常引入一个大体积谐振电感,为改进系统的功率密度,采用了磁集成的方法,将附加谐振电感与主变压器集成,有效改善了变换器功率密度的同时降低了磁性元件带来的损耗。为降低主变压器漏感带来的影响,采用回转器电容模型对绕组结构进行优化设计分析,分别比较了不同绕组结构对变压器绕组的影响,结合有限元仿真分析得到了最优的绕组结构,最终降低了趋肤效应与邻近效应带来的磁损。本文的拓扑开关管较多且存在谐振模态,为方便得到变换器的小信号模型,采用简化电路的小信号建模方法,通过将变换器在升压与降压工作方式下进行电路等效化简得到其小信号模型。根据得出的传递函数及Bode图,设计了II型补偿网络,在降压模式下加入峰值电流环路,有效改善系统的动态特性。为了实现全负载范围效率提升,采用了动态死区与同步整流控制策略,进一步在全负载范围内提升系统效率且降低传统整流方式带来的电磁干扰等问题。最后搭建了额定输出功率为500W的实验样机。当输入电压为400V,工作频率为100kHz时,输出电压稳定48V,变换器峰值效率为95.2%,实现了预定指标,对理论分析进行了有效验证。
【图文】：

附加绕组,变压器,电感量,匝数

(b) (c)图 3-15 采用的立式 EI 变压器 3D 仿真的数据中，，附加绕组与原副边基本无耦合，且影响。并且通过改变附加绕组匝数得到如下电0000000 5 10 15 20 电感量（μH）
【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】：2019
【分类号】：TM46

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