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有源耦合电感高增益直流变换器拓扑研究

发布时间:2018-04-03 04:16

  本文选题:高增益直流变换器 切入点:阻抗网络 出处:《哈尔滨工业大学》2017年博士论文


【摘要】:随着工业的不断发展,可再生能源受到了日益广泛的关注。但是由于部分可再生能源存在输出侧端口电压较低的特点,导致无法直接与后级电路实现接口。因此,对于高增益直流变换器拓扑的研究,成为一个重要的课题。本文在总结前人研究的基础上,提出了一类正比型和反比型的有源耦合电感高增益直流变换器,接下来,将其与三电平思想结合,提出了基于三电平的正比和反比型高增益直流变换器。最后,研究了阻抗源直流变换器与高增益直流变换器之间的内在联系,拓展出一系列高增益直流变换器。本文主要对有源耦合电感高增益直流变换器拓扑进行研究,其研究内容如下:首先,本文在研究Z源网络和双Boost变换器的基础上,提出了有源耦合电感网络,构造了有源耦合电感网络高增益直流变换器;然后,研究了耦合电感线圈间的连接方式以及线圈连接点与外部器件的连接种类,提出了准有源耦合电感网络高增益直流变换器;最后推导出广义的耦合电感网络,衍生出一系列的DC/DC变换器拓扑。另外,针对耦合电感漏感的问题,引入了箝位电路,不仅抑制了开关管的电压尖峰同时转移了漏感能量,提高了效率。其次,本文研究了耦合电感高增益变换器中的增益与匝比之间的关系,提出了单管反接式耦合电感Boost变换器,在此基础上,提出了基于(50)形耦合电感网络的反比型高增益直流变换器,实现了匝比越小,增益越大的特性,优化了耦合电感的设计;为了增加变换器实现增益的灵活性,提出了基于工形耦合电感网络的高增益直流变换器,不仅具有匝比越小,增益越大的反比特性,同时具有匝比越大,增益越大的正比特性。再次,本文在传统耦合电感网络高增益直流变换器的基础上,引入三电平的思想:通过改变开关管的连接方式,构造开关管的箝位电压源,降低了开关管和电容的电压应力并且加倍了电感电流脉动频率,从而优化了变换器的整体性能。通过开关管的移位和箝位电压源的构造,提出了基于有源耦合电感网络的三电平高增益直流变换器。然后,提出了基于(50)形耦合电感网络的三电平反比型高增益直流变换器,不仅具有三电平变换器的特性,而且具有反比特性。最后,研究了阻抗源网络直流变换器中存在的典型缺点,衍生出一系列基于阻抗源网络的适合于高增益场合的直流变换器,揭示了阻抗源直流变换器和高增益直流变换器之间的内在关系。另外,针对三电平思想在高增益直流变换器中的引入,本文还衍生出一系列的适合于高增益应用场合三电平直流变换器。
[Abstract]:With the development of industry, renewable energy has been paid more and more attention.However, due to the low output port voltage in some renewable energy sources, it is impossible to interface directly with the back stage circuit.Therefore, the study of high gain DC / DC converter topology has become an important subject.In this paper, based on the previous studies, a class of active coupled inductor high gain DC / DC converter with proportional and inverse ratio is proposed, and then it is combined with the three-level idea.A three-level proportional and inverse proportional high gain DC / DC converter is proposed.Finally, the relationship between impedance source DC / DC converter and high gain DC / DC converter is studied, and a series of high gain DC / DC converters are developed.This paper mainly studies the topology of active coupled inductance high gain DC / DC converter. The research contents are as follows: firstly, based on the research of Z source network and double Boost converter, the active coupling inductance network is proposed.The high gain DC / DC converter with active coupling inductance network is constructed, and then the connection mode between the coupling inductor coil and the connection between the coil connection point and the external device is studied, and the high gain DC / DC converter with quasi active coupling inductance network is proposed.Finally, the generalized coupled inductance network is derived, and a series of DC/DC converter topologies are derived.In addition, a clamping circuit is introduced to solve the problem of coupling inductor leakage inductance, which can not only restrain the voltage spike of the switch, but also transfer the leakage inductance energy and improve the efficiency.Secondly, the relationship between the gain and turn ratio in the high gain coupling inductance converter is studied in this paper, and a single switch reverse coupled inductor Boost converter is proposed.An inverse ratio high gain DC / DC converter based on a 50) coupling inductance network is proposed. The smaller the turn ratio, the greater the gain, the design of the coupling inductor is optimized, and in order to increase the flexibility of the converter to realize the gain, the design of the coupling inductor is optimized.A high gain DC / DC converter based on the industrial coupling inductance network is proposed. It not only has the inverse ratio of the turn ratio and the gain, but also has the positive ratio characteristic of the larger the turn ratio and the greater the gain.Thirdly, based on the high gain DC / DC converter of the traditional coupling inductance network, the three-level idea is introduced: by changing the connection mode of the switch tube, the clamping voltage source of the switch tube is constructed.The overall performance of the converter is optimized by reducing the voltage stress of the switch and capacitor and doubling the current pulsation frequency of the inductor.A three-level high gain DC / DC converter based on active coupling inductance network is proposed by switching switch and clamping voltage source.Then, a three-level inversely proportional high gain DC / DC converter based on the coupled inductance network is proposed, which not only has the characteristics of the three-level converter, but also has the inverse ratio characteristic.Finally, the typical shortcomings of the impedance source network DC / DC converter are studied, and a series of high gain DC / DC converters based on impedance source network are derived.The relationship between impedance source DC / DC converter and high gain DC / DC converter is revealed.In addition, a series of three-level DC / DC converters suitable for high gain applications are derived for the introduction of the three-level idea in high gain DC / DC converters.
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TM46

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本文编号:1703581

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