带有分段饱和电感的宽功率范围双向Buck/Boost变换器研究

发布时间：2021-10-26 07:14

　　为解决固定的电感器设计通常导致变换器轻载时电流纹波较大、重载时动态性能较差的问题,文章提出了使用分段饱和电感器代替固定电感器设计宽功率范围双向Buck/Boost变换器,利用饱和电感的非线性特点,使电感值跟随负载与传输功率的大小而变化。在分析双向Buck/Boost变换器工作原理的基础上,讨论了电感值对系统的影响,给出了饱和电感器的设计步骤,并通过仿真与实验证明了上述方法的正确性与可行性。 

【文章来源】：可再生能源. 2020,38(10)北大核心

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

图1 双向Buck/Boost变换器电路拓扑

使用单个饱和电感，根据式（4）和式（5）设计变换器可以拓宽系统的工作范围。但是单个饱和电感很容易进入过饱和区，引起系统短路故障，而且使用单个饱和电感不易控制电感值的变化范围。而使用多个饱和电流不同的电感器串联可以有效解决此问题。以使用两个电感串联的双段饱和电感器为例，如图6所示，分别为饱和电感L1、饱和电感L2和等效电感L的电感值变化曲线。图6所示方法中，L1与L2串联，其中：L1的临界过饱和电流小于L2的临界过饱和电流；L1的初始电感值为L1′；L2的初始电感值为L2′。当电感电流iL较小时，L=L1′+L2′；随着iL的增加，L1首先进入饱和区，其电感值按式（9）逐渐减小；当L1进入过饱和区时，其电感值忽略不计，L≈L2′；随着iL的进一步增加，L2进入饱和区与过饱和区。设计电路的正常工作范围，使得L2始终工作在固定电感区。因此，L的工作范围可以被确定为L2′～L1′+L2′。实际设计双向Buck/Boost变换器时，首先根据要求的工作范围与式（4),(5）计算出所需的电感值变化范围。由此计算得到L1′与L2′，并根据式（9）设计L1与L2。为了提高电感的线性度，可以设计3段及多段的饱和电感，其步骤与双段饱和电感相似。使用此方法，可以设计等效电感值的变化范围，解决单个饱和电感器容易进入过饱和区引起系统短路以及固定电感器电感不能随负载改变的问题；权衡电路系统的动态性能与电流纹波大小的同时，提高了变换器的工作范围与系统的性能。

本文以Buck模式为例，对双向Buck/Boost变换器的电路拓扑进行分析。根据图1(a）所示的电路拓扑结构与状态空间平均法，得到Buck模式的平均状态空间等效电路图，如图2所示，其中V1′=V1·D。图2中，变换器的PWM传递函数为

【参考文献】：
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本文编号：3459081