高电压增益低电流纹波DC/DC变换技术研究
发布时间：2021-01-25 19:55
燃料电池本身的输出是低电压大电流,通常不能直接应用于电气系统中进行使用,要在其输出端串接一个升压型DC/DC变换器。该升压型DC/DC变换器要能够在较宽输入电压范围内具有较大和稳定的电压增益,同时要具有较低的输入电流纹波,从而将较低等级的直流电压转化为较高等级的直流电压。此外,在拓扑结构和系统控制方面,需要保证燃料电池发电系统的稳定性并具有良好的动静态性能。通过分析交错并联技术以及开关电容和耦合电感的原理和优点,提出输入端交错并联输出端串联的高增益双耦合电感Boost变换器拓扑,该拓扑能够同时实现低输入电流纹波和高增益输出电压。在分析IPOS双耦合电感Boost变换器的工作原理和稳态性能的基础上,以输出功率为800W为例,对主电路中的耦合电感、输出电容、开关电容及开关管与二极管进行合理的参数设计。在系统控制方面,采用状态空间平均法和小信号分析法对主电路进行分析,建立了系统的开环模型,并采用内电流环外电压环的控制结构和平均电流型PWM控制策略,设计合理的补偿网络,使系统满足闭环稳定条件,闭环系统的稳定性和变换器的带负载能力在saber仿真环境下得到了验证。在仿真验证的基础上搭建功率为80...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
交错并联双对偶Boost变换器（IDDB）电路
得到图1-2 所示带钳位电路的耦合电感交错并联双对偶 Boost 变换器（IIDDB）电路拓扑[14]。其漏感和电路中存在的杂散电容产生谐振引起主开关管和输出二极管上很大的电压尖峰。为了解决这个问题，可以采用 RCD 吸收电路或者钳位电路。如果采用吸收电路，可以降低主开关上的过电压，但是 RCD 中的电路会引起能量的损耗，降低效率。为了不降低效率，可以采用钳位电路[15]，由一个钳位电容和一个钳位二极管组成。主开关关断时，钳位电容 Cc相当于吸收电容，通过 Dc给 Cc充电；主开关开通时，钳位电容 Cc通过耦合电感次级绕组向输出端放电。采用了钳位电路的耦合电感 Boost 变换器可以使用低电压率的低阻抗开关器件来减小导通损耗；耦合电感的漏感可以抑制输出电流的下降率实现二极管的 ZCS 开通和关断，减小二极管的反向恢复损耗[16]；钳位电路可以回收漏感的储能来减小循环电流
图 1-3 有源钳位耦合电感和开关电容结合的 Boost 变换器[19] 隔离型拓扑结构隔离型 DC/DC 变换器采用变压器来实现电气隔离，因为变压器就磁感应原理来实现电压或电流转换、稳压、隔离等功能[21]。反激拓扑和正激拓扑结构简单，但是电压利用率低，通常用在几百变换器中[22]。推挽、半桥和全桥拓扑能够用在较大功率的变换器，器是电流型控制，电压利用率高，输出电压特性好，不会像半桥和器可能出现两个控制开关直通的情况。缺点是开关器件耐压要大于的两倍，因此很少用于 220V 的交流供电系统，且不宜用于输出电围较大的场合[23]。半桥、全桥拓扑结构的变压器可以分为电压隔离隔离型，电压隔离型变换器磁芯双边磁化，磁芯利用率高，但是有现象，原边存在电压短路的危险，并且桥式拓扑只适用于输出电压大的场合。电压型移相全桥 DC/DC 变换器[24]如图 1-4 所示，可以利用变压器本
【参考文献】：
期刊论文
[1]燃料电池质子交换膜研究进展与展望[J]. 许新龙,顾一鸣,张帆. 高分子通报. 2017(08)
[2]带耦合电感的交错并联断续Buck变换器研究[J]. 贾月朋,李陆军,崔景安,穆增汉. 通信电源技术. 2017(03)
[3]基于开关电容和耦合电感的交错并联型高电压增益双向DC-DC变换器[J]. 薛利坤,王萍,王议锋,闫海云,张启亮. 电工技术学报. 2016(24)
[4]一种高增益低开关应力改进交错型Boost变换器[J]. 胡雪峰,戴国瑞,龚春英,陈杰,章家岩. 电工技术学报. 2014(12)
[5]开关变换器调制与控制技术综述[J]. 周国华,许建平. 中国电机工程学报. 2014(06)
[6]基于状态空间平均法的Boost直流变换器建模与仿真分析[J]. 王文斌,苏宏升,张耘川. 电气传动自动化. 2013(03)
[7]燃料电池模拟器的研究[J]. 刘珺,王丽芳,王立业,杨健. 电源技术. 2011(03)
[8]燃料电池在航天中的应用[J]. 吴峰,叶芳,郭航,马重芳. 电池. 2007(03)
[9]发电用燃料电池特性及其电力电子调节系统的专用解决方案[J]. F.Profumo,刘贵. 变流技术与电力牵引. 2007(02)
[10]DC/DC变换器交错并联技术研究[J]. 王正国,罗乾超,刁元均. 通信电源技术. 2006(05)
博士论文
[1]燃料电池电极反应机理及低铂催化剂的研究[D]. 骆明川.北京化工大学 2016
[2]燃料电池供电系统的研究[D]. 金科.南京航空航天大学 2006
硕士论文
[1]基于交错并联技术的升降压DC/DC的研究[D]. 王杨.华北电力大学 2016
[2]宽范围输入DC/DC变换器设计[D]. 李亚顺.浙江大学 2013
[3]燃料电池用直流变换器的研究[D]. 马召鼎.重庆大学 2010
本文编号：2999797
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
交错并联双对偶Boost变换器（IDDB）电路
得到图1-2 所示带钳位电路的耦合电感交错并联双对偶 Boost 变换器（IIDDB）电路拓扑[14]。其漏感和电路中存在的杂散电容产生谐振引起主开关管和输出二极管上很大的电压尖峰。为了解决这个问题，可以采用 RCD 吸收电路或者钳位电路。如果采用吸收电路，可以降低主开关上的过电压，但是 RCD 中的电路会引起能量的损耗，降低效率。为了不降低效率，可以采用钳位电路[15]，由一个钳位电容和一个钳位二极管组成。主开关关断时，钳位电容 Cc相当于吸收电容，通过 Dc给 Cc充电；主开关开通时，钳位电容 Cc通过耦合电感次级绕组向输出端放电。采用了钳位电路的耦合电感 Boost 变换器可以使用低电压率的低阻抗开关器件来减小导通损耗；耦合电感的漏感可以抑制输出电流的下降率实现二极管的 ZCS 开通和关断，减小二极管的反向恢复损耗[16]；钳位电路可以回收漏感的储能来减小循环电流
图 1-3 有源钳位耦合电感和开关电容结合的 Boost 变换器[19] 隔离型拓扑结构隔离型 DC/DC 变换器采用变压器来实现电气隔离，因为变压器就磁感应原理来实现电压或电流转换、稳压、隔离等功能[21]。反激拓扑和正激拓扑结构简单，但是电压利用率低，通常用在几百变换器中[22]。推挽、半桥和全桥拓扑能够用在较大功率的变换器，器是电流型控制，电压利用率高，输出电压特性好，不会像半桥和器可能出现两个控制开关直通的情况。缺点是开关器件耐压要大于的两倍，因此很少用于 220V 的交流供电系统，且不宜用于输出电围较大的场合[23]。半桥、全桥拓扑结构的变压器可以分为电压隔离隔离型，电压隔离型变换器磁芯双边磁化，磁芯利用率高，但是有现象，原边存在电压短路的危险，并且桥式拓扑只适用于输出电压大的场合。电压型移相全桥 DC/DC 变换器[24]如图 1-4 所示，可以利用变压器本
【参考文献】：
期刊论文
[1]燃料电池质子交换膜研究进展与展望[J]. 许新龙,顾一鸣,张帆. 高分子通报. 2017(08)
[2]带耦合电感的交错并联断续Buck变换器研究[J]. 贾月朋,李陆军,崔景安,穆增汉. 通信电源技术. 2017(03)
[3]基于开关电容和耦合电感的交错并联型高电压增益双向DC-DC变换器[J]. 薛利坤,王萍,王议锋,闫海云,张启亮. 电工技术学报. 2016(24)
[4]一种高增益低开关应力改进交错型Boost变换器[J]. 胡雪峰,戴国瑞,龚春英,陈杰,章家岩. 电工技术学报. 2014(12)
[5]开关变换器调制与控制技术综述[J]. 周国华,许建平. 中国电机工程学报. 2014(06)
[6]基于状态空间平均法的Boost直流变换器建模与仿真分析[J]. 王文斌,苏宏升,张耘川. 电气传动自动化. 2013(03)
[7]燃料电池模拟器的研究[J]. 刘珺,王丽芳,王立业,杨健. 电源技术. 2011(03)
[8]燃料电池在航天中的应用[J]. 吴峰,叶芳,郭航,马重芳. 电池. 2007(03)
[9]发电用燃料电池特性及其电力电子调节系统的专用解决方案[J]. F.Profumo,刘贵. 变流技术与电力牵引. 2007(02)
[10]DC/DC变换器交错并联技术研究[J]. 王正国,罗乾超,刁元均. 通信电源技术. 2006(05)
博士论文
[1]燃料电池电极反应机理及低铂催化剂的研究[D]. 骆明川.北京化工大学 2016
[2]燃料电池供电系统的研究[D]. 金科.南京航空航天大学 2006
硕士论文
[1]基于交错并联技术的升降压DC/DC的研究[D]. 王杨.华北电力大学 2016
[2]宽范围输入DC/DC变换器设计[D]. 李亚顺.浙江大学 2013
[3]燃料电池用直流变换器的研究[D]. 马召鼎.重庆大学 2010
本文编号：2999797
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