飞跨电容型三电平Buck变换器的功能集成与动态优化研究

发布时间：2020-02-11 05:10

【摘要】：与传统Buck拓扑相比,飞跨电容型三电平Buck拓扑的电压应力更低、输出滤波器更小,更容易实现高功率密度。近年来,飞跨电容型三电平Buck拓扑得到了广泛的关注。然而,在电路启动前,飞跨电容需预充电至输入电压的一半,否则器件将面临过压问题。目前,仅有少数预充电方案可借鉴,且实用性不强。与此同时,各种工业应用对DC/DC变换器动态性能的要求越来越高,进一步提升变换器的动态性能具有重要意义。飞跨电容型三电平Buck变换器的可靠工作需要多种电路网络的辅助,但这些辅助网络功能相对独立,仅在某一特定工况下有效,因此元件利用率较低。针对这一缺点,本文首先提出基于功能集成的无源辅助网络,可将输入电容预充电电路、飞跨电容预充电电路以及功率器件的RCD缓冲电路进行集成设计,使得辅助网络中的元件可实现多种功能,提高了元件利用率。在此基础上,进一步提出了基于功能集成的有源辅助网络,解决了参数设计的耦合问题,不但保持了“功能集成”的优点,而且能有效克服无源辅助网络的缺点,显著提升其通用性。为进一步提升飞跨电容型三电平Buck电路的动态性能,本文提出了基于冗余模态的瞬态控制策略,即在稳态控制器的基础上添加瞬态控制。在负载变化时,通过电感电流的快速调节,降低了输出电压的波动。所提出的控制策略原理简明、实现简便,与稳态控制器相辅相成,能明显地进一步提升三电平Buck变换器的动态性能。最后,搭建了一个1.3kW的试验样机。实验结果与仿真结果一致,与理论分析相符,验证了所提出的辅助网络和瞬态控制策略。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM46

【参考文献】