基于可视化的含耦合电感的DC/DC变换器的研究
发布时间：2022-08-12 10:41
随着科学技术的不断进步,电力电子技术正以令人瞩目的速度应用到人们生活的各行各业。DC/DC Boost变换器具输入电流脉动小、结构简单等优点,因此具有良好的实用价值。而交错并联技术的应用则可进一步的降低输入输出电流脉动,减小变换器的体积;把两个独立感耦合成一个的电感,减少了元器件的数量,从而减小DC/DC变换器的体积,提高功率密度,而耦合电感可更进一步的降低输入输出电流脉动,提高变换器的效率。但是,因为含耦合电感的交错并联Boost变换器及其周边器件的能量流动复杂,耦合电感器的自感、互感和漏感等本征参数多且杂,其优化设计艰难。本文首先着手分析交错并联Boost变换器的工作原理,并对加入耦合电感后的交错并联Boost变换器的工作原理作了详细的叙述;接着提出了用Bool矩阵表达出含耦合电感的交错并联Boost变换器与周边器件的通断状态,归纳出诸无效开关向量判据,得到有效开关矩阵,导入二进制逻辑变量建立了间断常系数微分方程组和状态方程组;然后运用四维可视化的方法,考虑耦合电感器的体积、电感量、热损耗等相关本征参数、耦合电感线圈间能量流动的直接与间接传递、电感线圈间能量流动的间接传递等因素,进...
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 课题的研究目的及意义
1.3 数据可视化简介
1.4 交错并联技术概述
1.5 本文的研究内容以及思路
第2章 含耦合电感的交错并联Boost变换器
2.1 引言
2.2 交错并联Boost变换器
2.3 含耦合电感的交错并联Boost变换器
2.3.1 电感耦合方式的选择
2.3.2 稳态等效电感
2.3.3 暂态等效电感
2.4 含耦合电感的交错并联Boost变换器临界模式
2.4.1 判定条件
2.4.2 临界条件
2.5 本章小结
第3章 含耦合电感的Boost变换器建模分析
3.1 引言
3.2 开关模态的提取
3.2.1 基本电路
3.2.2 支路布尔矩阵
3.2.3 矩阵简化判据
3.2.4 Bool矩阵与工作模态
3.2.5 各模态循环次序
3.3 开关状态的描述
3.3.1 全控器件的状态
3.3.2 不控器件的状态
3.3.3 电感电流的有无
3.4 状态方程的描述
3.4.1 模态Ⅰ(T_1,D_2导通,T_2 D_1截止)
3.4.2 模态Ⅱ(T_1,T_2截止,D_1,D_2导通)
3.4.3 模态Ⅲ(T_1,T_2截止,D_1,D_2截止)
3.4.4 模态Ⅳ(T_1,D_2截止,T_2,D_1导通)
3.5 各种模态的统合
3.5.1 线性化条件
3.5.2 开关状态组合
3.5.3 两电感电流的表达
3.5.4 输出电压的表达
3.6 本章小结
第4章 耦合电感器的优化设计
4.1 引言
4.2 可视化算法
4.3 耦合电感的耦合系数选取
4.3.1 稳态电感电流纹波分析
4.3.2 暂态电感电流响应速度的分析
4.3.3 参数选取的可视化
4.4 耦合电感器的设计前提
4.4.1 耦合电感器的几何尺寸
4.4.2 耦合电感器的连线方式及其推导公式
4.5 耦合电感器的优化设计
4.5.1 设计条件
4.5.2 设计目标
4.5.3 优化设计
4.6 本章小结
第5章 Boost变换器系统的硬件设计
5.1 引言
5.2 Boost变换器的系统结构
5.3 Boost变换器的硬件设计
5.3.1 功率开关管选择
5.3.2 二极管的选择
5.3.3 输出电容的选择
5.3.4 IGBT驱动电路
5.3.5 供驱动用直流电源
5.3.6 主回路电源设计
5.4 本章小结
第6章 能量流向的分析与建模
6.1 引言
6.2 主回路简介
6.3 漏感的时空属性
6.3.1 漏磁通的时空属性
6.3.2 由漏磁链导出漏感时的限定条件
6.3.3 初级两线圈间的漏感
6.3.4 初级两线圈间有效漏感的作用时间
6.3.5 初级两线圈间漏感的时空属性
6.4 诸漏感的测算
6.4.1 初级两线圈间的漏感测算
6.4.2 初次级线圈间的漏感
6.4.3 被试变压器数据
6.5 推挽变压器的建模
6.5.1 关注能量流向
6.5.2 建立微分方程
6.5.3 构建状态方程
6.5.4 表达输入向量
6.6 仿真和实验
6.6.1 逆变器系统的结构框图
6.6.2 直流电源的仿真
6.6.3 输入信号的提取
6.6.4 状态变量的提取
6.6.5 仿真波形与实验波形
6.7 与现有方法的比较
6.8 本章小结
第7章 Boost变换器的仿真与实验
7.1 仿真分析
7.1.1 有效电感
7.1.2 仿真方案
7.1.3 电感电流
7.1.4 输入输出电压
7.2 仿真结果与实验波形
7.2.1 参数设置
7.2.2 仿真波形与实验波形
7.2.3 仿真模型比较分析
7.3 本章小结
第8章 总结和展望
8.1 总结
8.2 展望
参考文献
发表论文和参加科研情况说明
致谢
附录
【参考文献】：
期刊论文
[1]粘结叠片工件外圆加工参数选取的可视化算法[J]. 刘杰,伍家驹. 工具技术. 2017(01)
[2]数据可视化的LCL型并网逆变器PI参数设计[J]. 任明炜,孙玉堂,嵇小辅. 电力电子技术. 2016(08)
[3]交错并联磁集成双向DC/DC变换器的软开关实现条件[J]. 杨玉岗,邹雨霏,马杰. 中国电机工程学报. 2016(14)
[4]大功率中频变压器漏感计算及其校正方法[J]. 律方成,郭云翔,李鹏. 高电压技术. 2016(06)
[5]IGBT模块开关损耗计算方法综述[J]. 李志刚,梅霜,王少杰,姚芳. 电子技术应用. 2016(01)
[6]光伏系统高增益Boost变换器及电感集成研究[J]. 王磊,陈丽. 电力电子技术. 2015(12)
[7]多相交错并联磁集成双向DC/DC变换器中耦合电感的通用设计准则[J]. 杨玉岗,马杰,马云巧,邹雨霏,张书淇. 中国电机工程学报. 2015(23)
[8]基于移相全桥的串联升压式部分功率DC-DC变换器[J]. 陈桂鹏,邓焰,董洁,崔文峰,何湘宁. 电工技术学报. 2015(19)
[9]平均脉冲磁导率和交流电感器设计的可视化[J]. 伍家驹,铁瑞芳,刘斌,王长坤,杨玉岗. 中国电机工程学报. 2015(10)
[10]三态伪连续导电模式二次型Boost变换器研究[J]. 舒立三,许建平,杨平,董政. 电工电能新技术. 2015(01)
博士论文
[1]采用耦合电感的交错并联Boost PFC变换器[D]. 杨飞.南京航空航天大学 2013
硕士论文
[1]航空多电发动机DCDC变换器数字化控制研究[D]. 卢彬彬.南京航空航天大学 2016
[2]基于FPGA数字控制的多通道并联PFC技术研究[D]. 邹涛.闽南师范大学 2015
[3]基于DSP的交错并联双向DC/DC变换器研究[D]. 杨刚.西南交通大学 2015
[4]三通道交错并联磁集成双向Buck/Boost变换器的研究[D]. 李涛.辽宁工程技术大学 2013
[5]基于多维数据可视化技术逆变器用LC滤波器的设计[D]. 王祖安.南昌航空大学 2012
[6]交错并联磁集成Buck变换器的本质安全特性研究[D]. 李娜.辽宁工程技术大学 2012
[7]PWM DC-DC Boost变换器的非线性控制[D]. 王晓伟.东北大学 2010
[8]交错并联Boost PFC变换器的研究[D]. 王山山.浙江大学 2010
[9]照明电子电源系统集成及软开关DC-DC变换器研究[D]. 肖实生.北方工业大学 2009
[10]Boost斩波器及并联组态的控制方法研究[D]. 魏瑾.中国石油大学 2009
本文编号：3675729
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 课题的研究目的及意义
1.3 数据可视化简介
1.4 交错并联技术概述
1.5 本文的研究内容以及思路
第2章 含耦合电感的交错并联Boost变换器
2.1 引言
2.2 交错并联Boost变换器
2.3 含耦合电感的交错并联Boost变换器
2.3.1 电感耦合方式的选择
2.3.2 稳态等效电感
2.3.3 暂态等效电感
2.4 含耦合电感的交错并联Boost变换器临界模式
2.4.1 判定条件
2.4.2 临界条件
2.5 本章小结
第3章 含耦合电感的Boost变换器建模分析
3.1 引言
3.2 开关模态的提取
3.2.1 基本电路
3.2.2 支路布尔矩阵
3.2.3 矩阵简化判据
3.2.4 Bool矩阵与工作模态
3.2.5 各模态循环次序
3.3 开关状态的描述
3.3.1 全控器件的状态
3.3.2 不控器件的状态
3.3.3 电感电流的有无
3.4 状态方程的描述
3.4.1 模态Ⅰ(T_1,D_2导通,T_2 D_1截止)
3.4.2 模态Ⅱ(T_1,T_2截止,D_1,D_2导通)
3.4.3 模态Ⅲ(T_1,T_2截止,D_1,D_2截止)
3.4.4 模态Ⅳ(T_1,D_2截止,T_2,D_1导通)
3.5 各种模态的统合
3.5.1 线性化条件
3.5.2 开关状态组合
3.5.3 两电感电流的表达
3.5.4 输出电压的表达
3.6 本章小结
第4章 耦合电感器的优化设计
4.1 引言
4.2 可视化算法
4.3 耦合电感的耦合系数选取
4.3.1 稳态电感电流纹波分析
4.3.2 暂态电感电流响应速度的分析
4.3.3 参数选取的可视化
4.4 耦合电感器的设计前提
4.4.1 耦合电感器的几何尺寸
4.4.2 耦合电感器的连线方式及其推导公式
4.5 耦合电感器的优化设计
4.5.1 设计条件
4.5.2 设计目标
4.5.3 优化设计
4.6 本章小结
第5章 Boost变换器系统的硬件设计
5.1 引言
5.2 Boost变换器的系统结构
5.3 Boost变换器的硬件设计
5.3.1 功率开关管选择
5.3.2 二极管的选择
5.3.3 输出电容的选择
5.3.4 IGBT驱动电路
5.3.5 供驱动用直流电源
5.3.6 主回路电源设计
5.4 本章小结
第6章 能量流向的分析与建模
6.1 引言
6.2 主回路简介
6.3 漏感的时空属性
6.3.1 漏磁通的时空属性
6.3.2 由漏磁链导出漏感时的限定条件
6.3.3 初级两线圈间的漏感
6.3.4 初级两线圈间有效漏感的作用时间
6.3.5 初级两线圈间漏感的时空属性
6.4 诸漏感的测算
6.4.1 初级两线圈间的漏感测算
6.4.2 初次级线圈间的漏感
6.4.3 被试变压器数据
6.5 推挽变压器的建模
6.5.1 关注能量流向
6.5.2 建立微分方程
6.5.3 构建状态方程
6.5.4 表达输入向量
6.6 仿真和实验
6.6.1 逆变器系统的结构框图
6.6.2 直流电源的仿真
6.6.3 输入信号的提取
6.6.4 状态变量的提取
6.6.5 仿真波形与实验波形
6.7 与现有方法的比较
6.8 本章小结
第7章 Boost变换器的仿真与实验
7.1 仿真分析
7.1.1 有效电感
7.1.2 仿真方案
7.1.3 电感电流
7.1.4 输入输出电压
7.2 仿真结果与实验波形
7.2.1 参数设置
7.2.2 仿真波形与实验波形
7.2.3 仿真模型比较分析
7.3 本章小结
第8章 总结和展望
8.1 总结
8.2 展望
参考文献
发表论文和参加科研情况说明
致谢
附录
【参考文献】：
期刊论文
[1]粘结叠片工件外圆加工参数选取的可视化算法[J]. 刘杰,伍家驹. 工具技术. 2017(01)
[2]数据可视化的LCL型并网逆变器PI参数设计[J]. 任明炜,孙玉堂,嵇小辅. 电力电子技术. 2016(08)
[3]交错并联磁集成双向DC/DC变换器的软开关实现条件[J]. 杨玉岗,邹雨霏,马杰. 中国电机工程学报. 2016(14)
[4]大功率中频变压器漏感计算及其校正方法[J]. 律方成,郭云翔,李鹏. 高电压技术. 2016(06)
[5]IGBT模块开关损耗计算方法综述[J]. 李志刚,梅霜,王少杰,姚芳. 电子技术应用. 2016(01)
[6]光伏系统高增益Boost变换器及电感集成研究[J]. 王磊,陈丽. 电力电子技术. 2015(12)
[7]多相交错并联磁集成双向DC/DC变换器中耦合电感的通用设计准则[J]. 杨玉岗,马杰,马云巧,邹雨霏,张书淇. 中国电机工程学报. 2015(23)
[8]基于移相全桥的串联升压式部分功率DC-DC变换器[J]. 陈桂鹏,邓焰,董洁,崔文峰,何湘宁. 电工技术学报. 2015(19)
[9]平均脉冲磁导率和交流电感器设计的可视化[J]. 伍家驹,铁瑞芳,刘斌,王长坤,杨玉岗. 中国电机工程学报. 2015(10)
[10]三态伪连续导电模式二次型Boost变换器研究[J]. 舒立三,许建平,杨平,董政. 电工电能新技术. 2015(01)
博士论文
[1]采用耦合电感的交错并联Boost PFC变换器[D]. 杨飞.南京航空航天大学 2013
硕士论文
[1]航空多电发动机DCDC变换器数字化控制研究[D]. 卢彬彬.南京航空航天大学 2016
[2]基于FPGA数字控制的多通道并联PFC技术研究[D]. 邹涛.闽南师范大学 2015
[3]基于DSP的交错并联双向DC/DC变换器研究[D]. 杨刚.西南交通大学 2015
[4]三通道交错并联磁集成双向Buck/Boost变换器的研究[D]. 李涛.辽宁工程技术大学 2013
[5]基于多维数据可视化技术逆变器用LC滤波器的设计[D]. 王祖安.南昌航空大学 2012
[6]交错并联磁集成Buck变换器的本质安全特性研究[D]. 李娜.辽宁工程技术大学 2012
[7]PWM DC-DC Boost变换器的非线性控制[D]. 王晓伟.东北大学 2010
[8]交错并联Boost PFC变换器的研究[D]. 王山山.浙江大学 2010
[9]照明电子电源系统集成及软开关DC-DC变换器研究[D]. 肖实生.北方工业大学 2009
[10]Boost斩波器及并联组态的控制方法研究[D]. 魏瑾.中国石油大学 2009
本文编号：3675729
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