Boost变换器拓扑及其控制方法研究

发布时间：2020-05-07 12:26

【摘要】：随着人类社会的发展,工农业及日常生活所依赖的化石能源日益消耗,能源危机日渐严重,人们迫切希望能开发出新的绿色可持续能源来解决这一危机。光能、风能、潮汐能等一些清洁的可再生能源逐渐步入人们的眼球。但一个不可忽视的问题是,以光伏发电为例的一些新能源系统系统中,输出电压都相对较低,一般在20V-50V左右,必须对其进行升压才可并网使用,直流变换器在这一升压环节中起着不可替代的作用。因此,对于高增益直流变换器拓扑和控制的研究,具有非常重要的意义。本文主要对Boost变换器拓扑及其控制进行研究,主要内容如下:首先,对Boost变化器拓扑进行了相应的了解,简单的介绍了隔离型和非隔离型的几种拓扑结构。非隔离型变换器体积小、成本低且效率比非隔离型的高,所以选取非隔离型为研究对象,并总结了其所需要解决的几个关键性的问题。其次,本文在深入分析了准Z源变换器和含耦合电感高增益Boost变换器的基础上,指出准Z源变换器不足之处,并将两种拓扑进行组合,构造出了准Z源耦合电感高增益Boost变换器,详细的分析其工作原理,然后对这三种变换器进行的仿真分析对比,验证提出的Boost变换器的可行性。最后,对控制方法进行了相应的研究,主要针对模糊PID研究分析,并在原基础上对输入量进行优化处理,以改善系统的响应速度,最后结合所提出的准Z源高增益Boost变换器在MATLAB中搭建了相应的仿真模型,对思路的可行性进行验证。
【图文】：

隔离型,变换器

（c）传统推挽式变换器（d）全桥隔离型 Boost 变换器图 2.1 隔离型 Boost 变换器图 2.2（a）是双电感隔离型 Boost 变换器，其实质上是在正激隔离型 Boost 变换器的输入端增加的一个输入电感，S1 导通时，电感 L1 充能，，电源与 L2 经过变压器和 S1形成回路，向副端传输能量，S2 导通时电感 L2 充能，电源与 L1 经变压器与 S2 形成回路，向负载传输能量，这可以使得在全范围内向负载供电，且前端的交错并联结构可以起到分流的作用，可以有效降低开关元件的电流应力。图 2.2（b）是在图 2.2（a）的基础上又并联了一个同样的拓扑结构，该变换器在保留的原变换器的优点的同时，进一步的提高了电压增益[33]。图 2.2（c）为原边并联的隔离型双耦合电感 Boost 电路拓扑[34]，通过把变压器的副边正向串联，然后进行整流输出，实现了电压增益的提高。该变换器结构复杂，开关元件也较多，虽然可以实现较高的电压增益，但损耗也很大。这三种变换器输入端都采用的多电感并联的结构，可有效的降低电流应力以及减小输入电流纹波，但都含有磁性元件，抗干扰能力有所降低，而且电路复杂性有所增加。

隔离型,电感,变换器

（c）变压器副边串联的双耦合电感 Boost 变换器图 2.2 隔离型双电感 Boost 变换器隔离型变换器因其特殊的拓扑结构，均应用于有特殊需要的场合。虽然采用变压最简单有效的途径，但是变压器会有各种损耗的存在，效率方面会有很大的其体积问题也不可忽视。此外，开元件在关断过程中会因为变压器漏感的作用的电压尖峰，即使采用一些手段将这些能量进行回收也很难重新利用起来即会量的损失，进一步影响变换器的传输效率。非隔离型 Boost 变换器一般情况下，非隔离型变换器减少了变压器损耗所以在传输效率方面略占优路运行过程中损耗小，产生的热量低，在体积方面也十分的有优势，其还拥有输出适应能力强等优点。因此，近年来非隔离型高增益直流变换器在许多应用动汽车（EV）、不间断电源（UPS）、光伏和燃料电池发电等工业领域得到了的重视[35-36]。非隔离型变换器实现高增益主要通过以下几个途径：级联技术电感、开关电容倍压技术等，通过在拓扑结构不同的地方合理的使用这些技得不同的变换器，可以应用在不同的场合。现只对级联型和耦合电感型做简单
【学位授予单位】：东北石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM46

【参考文献】