宽电压输入范围隔离变换器的研究

发布时间：2017-09-16 18:27

  本文关键词：宽电压输入范围隔离变换器的研究

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【摘要】：宽电压输入范围变换器广泛应用于可再生能源系统中,比如光伏系统、燃料电池与超级电容混合系统,以及其他化学电池系统。本课题拟设计一种新型宽范围隔离变换器,使输入电压的应用范围拓宽到8:1,并对其工作原理及控制方式进行了研究。本文详细研究了宽电压输入变换器的工作特点,设计了一款变结构桥式电路,将变结构类变换器和双变压器类变换器的优点集中到新型变结构桥式变化器中。鉴于宽输入电压的特点,将该变换器的工作状态划分为3种模式以满足在不同输入电压等级下的高效率工作。通过主功率拓扑进行小信号建模可知,当输入电压变化且变换器工作在相应的工作模式时,主功率拓扑环路增益具有随输入电压的升高等比变化的特性。由于主功率拓扑在不同工作模式下具有不同的传递函数,为提高变换器的动态响应、简化控制环路的设计,本文将变换器的输入电压按照不同的工作模式分别以不同的比例引入至三角波发生器中,形成具有输入电压前馈的PWM控制方式。采用本文设计的三角波电路后,该变结构桥式变换器在不同工作模式下的控制环路设计可等效为传统的二阶Buck变换器控制环路设计,补偿环节设计简单且动态响应较高。为提高功率密度,本文采用磁集成技术将输入滤波电感、输出滤波电感和变压器集成到同一磁芯中,使系统的体积和重量大大减小。其中变压器与电感绕制时采用了适当的解耦方式,消除了变压器与电感之间相互作用。与采用分立器件相比,系统的性能基本不变。通过仿真分析和实验测试均验证了变结构桥式电路在宽范围输入电压应用中的可行性,在输入电压变化和负载突变时,系统均能稳定工作,且性能良好。
【关键词】：宽电压输入范围 变结构桥式电路 电压前馈 三角波发生电路 磁集成 耦合电感
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM46
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-15
• 1.1 课题来源8
• 1.2 宽电压范围变换器的研究意义8-9
• 1.3 国内外研究和应用现状9-14
• 1.3.1 宽电压范围变换器拓扑概述9-13
• 1.3.2 宽电压范围变换器应用现状13-14
• 1.4 论文主要研究内容14-15
• 第2章 宽电压范围变换器拓扑结构的研究15-26
• 2.1 引言15
• 2.2 宽电压范围变换器的技术指标15
• 2.3 宽电压范围变换器拓扑结构15-19
• 2.3.1 常规宽范围变换器拓扑分析16-17
• 2.3.2 双变压器宽范围变换器拓扑分析17-18
• 2.3.3 变结构宽范围变换器拓扑分析18-19
• 2.4 变结构桥式电路主拓扑分析与设计19-25
• 2.4.1 变结构桥式电路主拓扑工作模式分析19-24
• 2.4.2 变结构桥式电路磁性元件设计24-25
• 2.5 本章小结25-26
• 第3章 变结构桥式电路建模及控制策略26-43
• 3.1 引言26
• 3.2 变结构桥式电路的建模26-34
• 3.2.1 集成磁件模型26-31
• 3.2.2 变结构桥式电路模型31-34
• 3.3 变结构桥式电路控制策略34-42
• 3.3.1 控制方式的研究34-36
• 3.3.2 电压前馈工作原理36-40
• 3.3.3 环路补偿设计40-42
• 3.4 本章小结42-43
• 第4章 电路器件选型以及驱动环节设计43-51
• 4.1 引言43
• 4.2 非磁性器件的选型43-44
• 4.2.1 开关及二极管的选型43-44
• 4.2.2 隔直电容的设计44
• 4.3 磁性元件的设计44-47
• 4.3.1 变压器设计44-46
• 4.3.2 输出滤波器的设计46
• 4.3.3 输入滤波器的设计46-47
• 4.4 开关管驱动信号的设计以及滞缓比较器的设计47-50
• 4.4.1 驱动电路的设计47-49
• 4.4.2 滞缓比较器的设计49-50
• 4.4 本章小结50-51
• 第5章 变结构桥式电路实验结果分析51-58
• 5.1 引言51
• 5.2 电压前馈电路实验51-52
• 5.3 变结构桥式电路实验52-57
• 5.3.1 仿真实验52-54
• 5.3.2 硬件测试54-57
• 5.4 本章小结57-58
• 结论58-59
• 参考文献59-64
• 致谢64

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 陈乾宏,阮新波,严仰光;开关电源中磁集成技术及其应用[J];电工技术学报;2004年03期

2 丁万新;陈东坡;何乐年;;用于电压模式的DC-DC转换器的前馈电路[J];电子器件;2008年06期

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本文编号：864701