改进型双向quasi-Z源DC-DC变换器的研究

发布时间：2021-07-09 18:56

　　近年来,随着煤炭、石油等化石能源危机的加剧,风能、太阳能等清洁能源逐渐受到人们的青睐。清洁能源的开发与利用不仅优化了能源供应结构,还促进了电力电子技术的发展。双向DC-DC变换器是电力电子技术的重要组成部分,能够根据实际需要改变功率传输方向,功能上相当于两个单向DC-DC变换器,故在电能质量调节、新能源的发电等领域具有广阔的应用前景。但是传统双向DC-DC变换器所具有的升压能力小、功率开关损耗大、效率低等缺点严重限制其实际应用范围。为了满足工业发展需求,需要对双向DC-DC变换器进行深入研究。针对传统双向DC-DC变换器的不足,本文提出将改进型quasi-Z源应用到双向DC-DC变换器。首先,分析其正反方向工作原理并推导出其输入输出电压关系式,与传统DC-DC变换器进行升压能力、电容电压应力的比较;其次,进行电感、电容、功率开关IGBT等元器件的参数设计,并且介绍了 PWM控制技术;然后,通过Matlab仿真与样机实验验证了理论分析的正确性;最后,将本文研究的改进型双向quasi-Z源DC-DC变换器应用到井下蓄电池机车不间断供电系统中,分析了其具体工作过程,体现了其在工业中的应用价值... 

【文章来源】：山东科技大学山东省

【文章页数】：64 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１．１二端口??Ｆｉｇ．?１．１?Ｔｗｏ－ｐｏｒｔｓ??

与非隔离型。非隔离型主要有：Ｂｕｃｋ、Ｂｏｏｓｔ、Ｂｕｃｋ－Ｂｏｏｓｔ、Ｃｕｋ、Ｓｅｐｉｃ、Ｚｅｔａ??型变换器。本节主要对Ｂｕｃｋ、Ｂｏｏｓｔ、Ｂｕｃｋ－Ｂｏｏｓｔ、Ｃｕｋ型变换器工作原理进行??简单的分析，其拓扑结构如图２．１所示。??＿＿?＿：?＿＿ｒｍ?Ｔ?Ｍ?，??Ｗ?］?＇?Ｊ?＾?＾??（ａ）?Ｂｕｃｋ型变换器?Ｉ?（ｂ）?Ｂｏｏｓｔ型变换器??—Ｔ—广；一??ｕｔ６?＾?１?＾?，十?Ｑ＂。??５?ｃｆ?｜?Ｃｆ?Ｒ（??（ｃ）?Ｂｕｃｋ－Ｂｏｏｓｔ喈变换器?！?（ｄ）?Ｃｕｋ印变换器??图２．丨传统单向ＤＣ－ＤＣ变换器电路拓扑??Ｆｉｇ．?２．１?Ｃｉｒｃｕｉｔ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ?ｕｎｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ?ＤＣ－ＤＣ?ｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓ??由图２．１可知，ＤＣ－ＤＣ变换器主要由以下六部分构成：直流电源ｆ／ｉ、电容??Ｃｆ、电感Ｌ、负载办、二极管Ａ、开关管２。简单分析以上变换器工作过程如??下。??Ｂｕｃｋ型ＤＣ－ＤＣ变换器：当开关Ｃ？导通时，电源Ｍ给负载／？？■供电的同时，??也给电感Ｌ和电容Ｃｆ充电；当开关０关断时，电感Ｌ向电容Ｃｆ和负载／？（■供电。??Ｂｏｏｓｔ型ＤＣ－ＤＣ变换器：当开关０导通时，电源（７丨向电感Ｌ供电，二极管??Ａ反向截止，负载由电容Ｃｆ供电；当开关管２关断时，电源Ｃ／ｉ与电感Ｌ通??过二极管Ａ给电容Ｃｆ充电并给负载／？ｆ提供电能。??Ｂｕｃｋ－Ｂｏｏｓｔ型ＤＣ－ＤＣ变换器：其是由Ｂｕｃｋ型和Ｂｏｏｓｔ型共Ｎ构成。当功??率开关Ｃ？导通时

且允许开路或短路；负载可以是电容性或电感性。但是Ｚ源网络中二极管??的存在只能使电感电流从正极流向负极，不能实现双向流动。如果把二极管换??成双向导通ＭＯＳＦＥＴ或ＩＧＢＴ，如图２．４所示，不仅可以使电感两端的电流正??反方向流动［３６］，还可以在主开关＆导通前抽走寄生电容多出的电荷，从而使幵??关漏极与源极之间不存在电压，实现主开关＆的零电压开通，此外，又因全控??开关ＭＯＳＦＥＴ或丨ＧＢＴ的通态电阻很小，所以能够减小导通损耗，进而提高了??工作效率。??Ｉ?１??Ｉ?Ｚ源??ｕ?＿＿！?Ｕ??ｉ?ｉ??图２．４?Ｚ源变换器的电路拓扑结构??Ｆｉｇ．?２．４?Ｃｉｒｃｕｉｔ?ｔｏｐｏｌｏｇｙ?ｏｆ?Ｚ－ｓｏｕｒｃｅ?ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ??工作原理：在一个开关周期ｒ内，主开关以的导通占空比ｄ，则其导通时??间为／＝Ｄｒ，开关以、込控制信号采用互补的ＰＷＭ驱动信号。有两种工作模??式：当０导通，＆关断时，电源ａ与Ｚ源网络断开，电容Ｇ、Ｃ２给电感心、??乙２充电，电容Ｃ３给负载沿供电；当０关断，０２导通时，电源ｆ／ｉ与Ｚ源网络??相连

【参考文献】：
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本文编号：3274305