组合式Zeta变换器集成磁件的研究

发布时间：2020-03-20 07:07

【摘要】：随着环境问题与能源问题的突出,光伏发电、电动汽车等新能源产业的发展迅速,高增益的DC/DC变换器对于产业发展来说具有非常重要的意义。近几年国内外学者采用级联、组合、带隔离变压器等方式,实现了高增益的目的,但随着电压增益的提高,电路的复杂程度相对增加,电路中的磁性元器件的数量也会增加,采用磁集成技术将磁性元器件集成,可以有效减小磁性元器件中的电流纹波。但不同磁芯结构在磁通分布、边缘磁通、工作温升方面的特性也不同,而且采用不同的集成和耦合方式在材料利用率、损耗、散热和效率也存在很大的区别。基于上述情况,本文以组合式Zeta变换器为研究的对象,进行电感耦合情况的模态分析、在分析传统磁性器件性能的基础上设计出符合电路要求的集成磁件,并通过仿真和实验证明了磁件设计的正确性和可行性。本文首先,对组合式Zeta变换器电感耦合情况进行了模态分析,共三种形式,即三电感均不耦合、两个储能电感耦合、三个电感均耦合情况。之后,进行了两电感集成三电感耦合磁性器件的设计,分别设计了“EE”型磁芯和“田”字型阵列磁芯两种方案,并进行了原理分析与Ansys Maxwell有限元仿真软件的仿真。之后,进行了三电感集成三电感耦合的磁性器件的设计,根据三电感耦合之间的特定关系,在传统磁件的基础上,提出了一种全新的集成磁件——“CO”型集成磁件,进行了原理分析与Ansys Maxwell有限元仿真软件进行仿真。最后,通过PSIM仿真和实验验证的方式,对理论进行了系统的论证。通过模态分析,分析了两种不同耦合方式耦合之后电感纹波的变化和耦合系数的关系,从而设计出不同方式下的最佳的电感耦合系数。在三电感集成两电感耦合情况下,证明了“EE”型磁芯和“田”字型阵列磁芯的原理正确性并进行了对比。在三电感集成三电感耦合情况下,对“CO”型集成磁件进行了系统的论述,然后从磁路和电路结构出发,给出了三个电感和互感的设计方式。最后通过仿真与实验,对不同集成方式的电感纹波仿真分析,通过制作磁件,实验中采集波形,证明了电路分析与磁件设计的正确性。
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光伏发电系统

辽宁工程技术大学硕士学位论文究背景及研究意义、石油等能源被长期不间断的开采和使用，非再生性能源不可们不得不开始对风能、水能、核能以及太阳能给予更多得关注污染、覆盖范围大，能源取之不尽用之不竭，太阳能技术得到元件效率提高、转换技术日趋成熟，越来越多的国家已经开始。

变换器,磁集成技术,组合式变换器,对偶变换

耗以及电源输出纹波，提高开关变换器的整体性能。清华大学蔡宣三教授在 1993 年正式引入了磁集成的概念，详细的介绍了磁性元件的对偶变换建模方法以及一些刺激策划那个变换器的工作原理[15-18]。90 年代末，磁集成技术得以具体研究，南京航空航天大学航空电源重点实验室、福州大学磁学所、台达上海电力电子研发中心都在极力的研发相关磁集成研究，并取得了重大成果。磁集成技术的发展研究与应用越来越多样化和系统化。传统 Zeta 变换器是一种具有升降压功能的基本 DC-DC 变换器，和 Buck-Boost、SepicCuk 等电路结构类似，具有输出纹波小、输出电流连续、可升降压、可靠性高等优点；由于其具有的这些优点使其在光伏发电、电源设计功率因数校正(PFC)等装置中逐渐得到了一些应用[19-22]。本文所研究的组合 Zeta 变换器是在传统的 Zeta 变换器的基础上提出组合式 Zeta 变换器。组合式 Zeta 变换器由两个传统 Zeta 变换器组合而成，分为 Zeta-I 和 Zeta-II 两部分。每个部分都由一个输入电源，，一个开关管，两个电感，两个电容，一个二极管和输出负载构成，相比于传统 Zeta 变换器，组合式变换器可以有效的提高电压增益，减小变换器体积提高效率。
【学位授予单位】：辽宁工程技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM46

【参考文献】