电流源型双向直流变换器波形控制研究

发布时间：2022-01-13 22:32

　　目前双向直流变换器广泛应用于多个领域,但存在一些问题,如电压源型双有源桥（voltage fed DAB）在高压侧与低压侧电压比变化较大的的情况下难以使电感电流斜率在功率传输阶段保持为0;电流源型双向直流变换器在传统控制方法下存在较大的磁芯损耗和环流损耗、较大的变压器漏感峰值,难以在宽负载范围内实现软开关。针对上述问题,本文就电流源型双有源桥双向直流变换器提出了双PWM双移相（DPDPS）的控制方法。在该控制方法下,漏感电流峰值能有效地减小,在功率传输阶段的漏感环流可以有效地减小。这提高了变换器的效率和可靠性。在本文中,分析了变换器在DPDPS控制方法下的工作模态,包括boost模式和buck模式。同时分析了对变换器的特性,如功率与移相角和占空比的关系;直流电感和漏感的电流应力;MOS管的的电压电流应力;软开关实现条件的分析。另外,讨论了直流电感、漏感以及变压器的设计,钳位电容及开关器件的选择。实验样机参数确定之后,对样机做了损耗分析。最后对变换器进行小信号建模并设计控制器,分析了漏感对动态性能的影响,并作仿真分析。最后,搭建实验样机,对所提出方法的有效性进行实验验证。 

【文章来源】：北京理工大学北京市 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：80 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题研究背景
        1.1.1 电动汽车
        1.1.2 不间断供电电源（UPS）
        1.1.3 直流分布式发电
    1.2 双向直流变换器发展及研究现状
        1.2.1 非隔离型双向直流变换器
        1.2.2 隔离型双向直流变换器
        1.2.3 双有源桥式双向直流变换器
    1.3 本文研究内容及目的
第2章 DPDPS控制电流源型双向DC-DC变换器工作原理
    2.1 主电路拓扑
    2.2 电流源型双向DC-DC换器的传统PWM加移相控制方法（PPS控制）
    2.3 DPDPS控制方法下的关键波形及工作模态
        2.3.1 DPDPS控制方法下boost模式的关键波形及模态分析
        2.3.2 DPDPS控制方法buck模式下的关键波形及模态分析
    2.4 本章小结
第3章 DPDPS控制电流源型双向DC-DC变换器特性分析
    3.1 DPDPS控制电流源型双向DC-DC变换器功率分析
    3.2 DPDPS控制电流源型双向DC-DC变换器软开关条件分析
        3.2.1 boost模式下软开关条件分析
        3.2.2 buck模式下软开关条件分析
    3.3 DPDPS控制电流源型双向DC-DC变换器电流应力分析
        3.3.1 变压器漏感电流应力分析
        3.3.2 直流侧电感电流应力分析
        3.3.3 低压侧下管电流应力分析
        3.3.4 低压侧上管电流应力分析
        3.3.5 高压侧MOS管电流应力分析
    3.4 本章小结
第4章 DPDPS控制电流源型双向DC-DC变换器主电路与控制器参数优化设计
    4.1 电流源型双向DC-DC变换器实验样机电路参数设计
        4.1.1 钳位电容电压计算及电容选取
        4.1.2 漏感设计
        4.1.3 直流电感设计
        4.1.4 开关器件选型
        4.1.5 变压器设计
    4.2 损耗分析
        4.2.1 变压器磁芯及绕组损耗
        4.2.2 直流电感损耗分析
        4.2.3 交流电感损耗分析
        4.2.4 开关器件损耗分析
    4.3 控制器参数设计
        4.3.1 小信号建模
        4.3.2 控制器参数设计
        4.3.3 漏感对动态性能的影响
    4.4 仿真验证
    4.5 本章小结
第5章 实验样机设计及实验结果分析
    5.1 实验样机设计
        5.1.1 硬件电路设计
        5.1.2 控制系统设计
    5.2 实验结果分析
        5.2.1 boost工作模式下实验结果分析
        5.2.2 buck工作模式下实验结果分析
        5.2.3 双向功率流实验结果分析
        5.2.4 漏感变化实验结果分析
        5.2.5 效率分析
    5.3 本章小结
第6章 总结和展望
    6.1 全文总结
    6.2 工作展望
参考文献
攻读学位期间发表论文与研究成果清单
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于MMC双向DC-DC变换器的超级电容储能系统控制策略分析与设计[J]. 武伟,谢少军,张曌,许津铭.  中国电机工程学报. 2014(27)
[2]应用于储能系统的双向DC-DC变换器研究[J]. 王冕,田野,李铁民,陈国柱.  电工技术学报. 2013(08)
[3]推挽电路中变压器偏磁机理及抑制方法的研究[J]. 张伟,张东来,罗勇,卢柱强.  电力电子技术. 2006(05)

硕士论文
[1]基于超级电容的双向DC/DC变换器研究[D]. 陈方.浙江大学 2012



本文编号：3587259