三电平单级式高频隔离型AC-DC变换技术研究
发布时间：2021-02-05 07:54
电动车充电桩等充放电系统普遍采用两级式的AC-DC-DC功率变换结构,其中间环节存在的大容值电解电容带来系统寿命低、体积大等问题,限制了系统在功率密度、工作效率以及可靠性等方面综合性能的提高。因此亟需开展新型AC-DC功率变换技术的研究,以提高其综合性能,具有重要的理论意义和实用价值。本文提出一种新型三电平单级式高频隔离型AC-DC变换器,无需中间环节的大容值电解电容,通过一级拓扑结构同时实现基本的AC-DC变换、电气隔离和双向升降压,因此具有更高的功率密度、更长的使用寿命和更高的工作效率。本文对其拓扑结构、调制策略以及闭环控制策略开展了深入细致的研究工作。首先,提出一种三电平单级式高频隔离型AC-DC变换器拓扑。对其基本工作原理进行深入分析。并以一般性三移相调制策略为基础,深入分析其交流侧分压电容电压特性,进而给出一种交错式PWM调制方法,这种调制方法实现了分压电容电压与谐振电容电压的解耦,仅通过调节载波相位即可实现电容电压均衡,从而简化了均压控制方案。其次,对给出的一般性三移相调制策略下的主要工作波形进行分析,给出了不同开关状态下的等效电路。通过基波分析法,在一个开关周期内,推导出...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
AC-DC变换器结构图
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-2-因此，亟需开展面向电动车充电桩等储能元件充放电系统的AC-DC功率变换技术，以实现其在功率密度、工作效率以及可靠性等方面综合性能的提高，具有重要的理论意义和实用价值。1.2AC-DC变换器的研究现状目前，AC-DC变换器拓扑总体可以分为单级式和两级式，如图1-2所示。其中，两级式拓扑结构图如图1-2中(a)所示。前级一般为PFC整流电路，后级为DC-DC变换器，中间通过电解电容来连接。前级PFC整流电路可以提高网侧功率因数，同时输出端经过电解电容可以获得相对稳定的直流电压，相当于为后级DC-DC变换器提供一个稳定的输入电压源。而后级DC-DC变换器则为负载提供符合指标要求的电压电流。单级式AC-DC变换器拓扑结构图如图1-2中(b)所示。对于单级式AC-DC变换器，有一种功率解耦型拓扑,相比于两级式变换器，则减少了中间环节的电解电容，而电解电容，不仅体积大，且易损坏。因此，单级式AC-DC变换器相比于两级式AC-DC变换器，减少了中间环节的电解电容，则提高了设备的可靠性。(a)两级式AC-DC变换器结构图(b)单级式AC-DC变换器结构图图1-2AC-DC变换器结构图1.2.1两级式AC-DC变换器如今传统的直流充电桩普遍采用的是两级式AC-DC变换器，前级为三相整流电路，后级为LLC变换器。常见的三相整流电路有三相不可控整流电路、三相电压型PWM整流电路、三相三电平PWM整流电路[4]。三相不可控整流电路如图1-3所示。图1-3三相不控整流电路
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-3-该电路由六个二极管进行整流，结构简单，但当负载一定时，电压波动较大，需要连接一个容值较大的电解电容来进行滤波，如前文所述，电解电容体积大，易损坏的特点，降低了设备的可靠性，且网侧电流的THD值较高。三相电压型PWM整流电路如图1-4所示，该电路由全控型器件构成，可以实现对网侧电流的控制，相比于三相不控整流电路，提高了系统的动态响应，网侧电流的正弦性要好，网侧可以实现近于单位功率因数运行。同时，三相PWM整流电路可以实现能量双向传递，功率因数可调节，因此，其应用范围较为广泛，不仅可以应用于整流场合，且还可以应用于有源电力滤波以及无功补偿等场合[5]。但三相电压型PWM整流电路的输出直流侧同样需要连接容值较大的电解电容来获得相对稳定的直流电压。图1-4三相电压型PWM整流电路三相三电平整流电路如图1-5所示，三电平电路相比于两电平电路，开关管所承受的电压应力降低，网侧电流更接近于正弦。图1-5(a)、1-5(b)两个电路分别为传统的二极管钳位式三电平整流电路[6]、电容钳位式三电平整流电路。这两个电路的开关管的数量均比三相电压型PWM整流拓扑的开关管数量多一倍，因此其开关的控制方法以及驱动电路都相对较为复杂,二极管钳位式三电平整流电路输出侧的两个电容上的电压需要对其进行专门的均衡控制，而电容钳位式三电平整流电路则需要遵循一定的开关导通规则来使钳位电容达到充放电平衡。二极管钳位式三电平整流电路可以实现能量双向传递，而将二极管钳位式三电平整流电路中的三个桥臂上的钳位二极管分别用三个电容来代替，即可得到电容钳位式三电平整流电路，其电路结构相对简单，但因其使用三个钳位电容，故装置体积相对于二极管钳位式三电平整流电路较大，实际应用中，使?
【参考文献】：
期刊论文
[1]《中国制造2025》背景下新能源汽车产业发展现状及前景研究[J]. 巩若琳,李文琦. 商讯. 2020(10)
[2]新能源汽车现状及未来发展趋势分析[J]. 张瑞云. 电子世界. 2018(20)
[3]半桥三电平LLC谐振变换器的调制方法[J]. 刘威,姚文熙,吕征宇. 浙江大学学报(工学版). 2017(08)
[4]“以史为鉴”——从汽车能源技术发展史看我国电动汽车发展战略[J]. 何泳. 科技管理研究. 2014(14)
[5]全桥LLC谐振变换器的混合式控制策略[J]. 李菊,阮新波. 电工技术学报. 2013(04)
[6]复合式全桥三电平LLC谐振变换器[J]. 金科,阮新波. 中国电机工程学报. 2006(03)
博士论文
[1]PWM整流器及其控制策略的研究[D]. 张兴.合肥工业大学 2003
硕士论文
[1]可变拓扑二极管箝位型并网逆变器研究[D]. 李帛洋.哈尔滨工业大学 2017
[2]6kW电动汽车充电桩三相整流模块研究与设计[D]. 齐如军.华南理工大学 2016
[3]基于准PR控制的并网逆变器的研究[D]. 金园园.浙江大学 2008
本文编号：3019284
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
AC-DC变换器结构图
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-2-因此，亟需开展面向电动车充电桩等储能元件充放电系统的AC-DC功率变换技术，以实现其在功率密度、工作效率以及可靠性等方面综合性能的提高，具有重要的理论意义和实用价值。1.2AC-DC变换器的研究现状目前，AC-DC变换器拓扑总体可以分为单级式和两级式，如图1-2所示。其中，两级式拓扑结构图如图1-2中(a)所示。前级一般为PFC整流电路，后级为DC-DC变换器，中间通过电解电容来连接。前级PFC整流电路可以提高网侧功率因数，同时输出端经过电解电容可以获得相对稳定的直流电压，相当于为后级DC-DC变换器提供一个稳定的输入电压源。而后级DC-DC变换器则为负载提供符合指标要求的电压电流。单级式AC-DC变换器拓扑结构图如图1-2中(b)所示。对于单级式AC-DC变换器，有一种功率解耦型拓扑,相比于两级式变换器，则减少了中间环节的电解电容，而电解电容，不仅体积大，且易损坏。因此，单级式AC-DC变换器相比于两级式AC-DC变换器，减少了中间环节的电解电容，则提高了设备的可靠性。(a)两级式AC-DC变换器结构图(b)单级式AC-DC变换器结构图图1-2AC-DC变换器结构图1.2.1两级式AC-DC变换器如今传统的直流充电桩普遍采用的是两级式AC-DC变换器，前级为三相整流电路，后级为LLC变换器。常见的三相整流电路有三相不可控整流电路、三相电压型PWM整流电路、三相三电平PWM整流电路[4]。三相不可控整流电路如图1-3所示。图1-3三相不控整流电路
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-3-该电路由六个二极管进行整流，结构简单，但当负载一定时，电压波动较大，需要连接一个容值较大的电解电容来进行滤波，如前文所述，电解电容体积大，易损坏的特点，降低了设备的可靠性，且网侧电流的THD值较高。三相电压型PWM整流电路如图1-4所示，该电路由全控型器件构成，可以实现对网侧电流的控制，相比于三相不控整流电路，提高了系统的动态响应，网侧电流的正弦性要好，网侧可以实现近于单位功率因数运行。同时，三相PWM整流电路可以实现能量双向传递，功率因数可调节，因此，其应用范围较为广泛，不仅可以应用于整流场合，且还可以应用于有源电力滤波以及无功补偿等场合[5]。但三相电压型PWM整流电路的输出直流侧同样需要连接容值较大的电解电容来获得相对稳定的直流电压。图1-4三相电压型PWM整流电路三相三电平整流电路如图1-5所示，三电平电路相比于两电平电路，开关管所承受的电压应力降低，网侧电流更接近于正弦。图1-5(a)、1-5(b)两个电路分别为传统的二极管钳位式三电平整流电路[6]、电容钳位式三电平整流电路。这两个电路的开关管的数量均比三相电压型PWM整流拓扑的开关管数量多一倍，因此其开关的控制方法以及驱动电路都相对较为复杂,二极管钳位式三电平整流电路输出侧的两个电容上的电压需要对其进行专门的均衡控制，而电容钳位式三电平整流电路则需要遵循一定的开关导通规则来使钳位电容达到充放电平衡。二极管钳位式三电平整流电路可以实现能量双向传递，而将二极管钳位式三电平整流电路中的三个桥臂上的钳位二极管分别用三个电容来代替，即可得到电容钳位式三电平整流电路，其电路结构相对简单，但因其使用三个钳位电容，故装置体积相对于二极管钳位式三电平整流电路较大，实际应用中，使?
【参考文献】：
期刊论文
[1]《中国制造2025》背景下新能源汽车产业发展现状及前景研究[J]. 巩若琳,李文琦. 商讯. 2020(10)
[2]新能源汽车现状及未来发展趋势分析[J]. 张瑞云. 电子世界. 2018(20)
[3]半桥三电平LLC谐振变换器的调制方法[J]. 刘威,姚文熙,吕征宇. 浙江大学学报(工学版). 2017(08)
[4]“以史为鉴”——从汽车能源技术发展史看我国电动汽车发展战略[J]. 何泳. 科技管理研究. 2014(14)
[5]全桥LLC谐振变换器的混合式控制策略[J]. 李菊,阮新波. 电工技术学报. 2013(04)
[6]复合式全桥三电平LLC谐振变换器[J]. 金科,阮新波. 中国电机工程学报. 2006(03)
博士论文
[1]PWM整流器及其控制策略的研究[D]. 张兴.合肥工业大学 2003
硕士论文
[1]可变拓扑二极管箝位型并网逆变器研究[D]. 李帛洋.哈尔滨工业大学 2017
[2]6kW电动汽车充电桩三相整流模块研究与设计[D]. 齐如军.华南理工大学 2016
[3]基于准PR控制的并网逆变器的研究[D]. 金园园.浙江大学 2008
本文编号：3019284
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