6.学位论文姜雪松隔离升压全桥DC-DC变换器拓扑理论和控制技术研究2006
隔离升压DC-DC变换器在电动汽车、储能系统、可再生能源发电以及超导储能系统等领域有广阔的应用前景。本文以隔离升压全桥变换器(Isolated Boost Full Bridge Converter,简称IBFBC)为研究对象,针对隔离升压型变换器的拓扑结构、起动问题、隔离变压器漏感问题、软开关问题和输入电感磁复位问题等进行了系统深入的研究,解决了这一类拓扑所共有技术问题。
对偶原理是一种重要的电路分析方法,被证明是电力电子技术发展新的变换器的强大工具,可以帮助我们更好地理解各种变换器之间的关系。本文通过两种常用的对偶方法——打点法和双向变换法,对ZVS PWM Buck型全桥变换器、ZVZCS PWM Buck型全桥变换器和加钳位二极管的ZVS PWM Buck型全桥变换器等三种Buck型全桥变换器进行了对偶研究,从而分别得到了它们的对偶电路,即ZCS PWM Boost型全桥变换器、ZCZVS PWM Boost型全桥变换器和副边加钳位开关管的ZCS PWM Boost型全桥变换器,并对各对偶电路作了详细的比较和分析,其中ZCZVS PWM Boost型全桥变换器与前面提出的变换器完全一致。
PWM与谐振技术结合起来,既可实现变换器的恒频控制,又可实现变换器的软开关,从而可以大大提高变换器的效率,减小变换器的体积,实现变换器的高功率密度。本文从Boost型全桥变换器的基本电路结构出发,提出了一族PWM控制策略。针对这些控制策略,讨论了它们实现开关管软开关的可能性。分析表明,要实现开关管的软开关,必须使全桥逆变桥中斜对角的两只开关管错开开通,先开通的开关管称为超前管,后开通的开关管称为滞后管。论文分别讨论了超前管和滞后管的软开关实现方式,指出超前管只能实现零电流开关(Zero-Current-Switching, ZCS),滞后管既可实现ZCS,又可实现零电压开关(Zero-Voltage-Switching, ZVS)。从而将PWM Boost型全桥变换器的软开关技术归纳为ZCS和ZCZVS两类,并提出了一种新型ZCZVS PWM Boost型全桥变换器。
用OrcadPspice对提出的倍流整流变换器进行了仿真,并在实验室中制作了两台三千瓦电力操作电源功率模块,给出了变换器的设计参数,讨论了移相集成控制器UCC3895的应用和DC-DC变换器的控制模式,仿真及实验结果验证了理论分析。
理论上分析了IBFBC隔离变压器漏感引起功率开关管关断电压尖峰的原因,采用了有源箝位的方法,有效的解决电压尖峰问题。提出了带有源箝位IBFBC的九种PWM控制策略,提出了一种控制型软PWM方法,在不增加主电路元器件的基础上,通过控制PWM的发生方法,实现了有源箝位功率开关管和桥臂功率开关管的零电压开通。
从理论上分析了IBFBC输入电感磁复位问题。在正常停机时提出了一种数字化软停止的方法,控制变换器由Boost工作状态逐渐过渡到Buck工作状态,让输入电感存储的能量逐渐释放掉,最后停止工作。对于故障保护停机,采用了绕组磁复位的方法,把输入电感设计成反激式变换器形式,突然停机时,电感中存储的能量通过反激式绕组释放到输出端,这样保护了变换器不会损坏。
,减少损耗,提高效率及增强可靠性。在理论及仿真分析的基础上,最后研制出一台100kW的试验样机,并取得理想的实际效果。
8.期刊论文袁伟.谢小高.张军明.钱照明.YUAN Wei.XIE Xiao-gao.ZHANG Jun-ming.QIAN Zhao-ming新型ZVZCS-
PWM混合全桥变换器拓扑结构-电力电子技术2008,42(5)
学位授予单位:燕山大学
1.期刊论文姜雪松.温旭辉.许海平.Jiang Xuesong.Wen Xuhui.Xu Haiping燃料电池电动车用隔离Boost全桥变换
器的研究-南京航空航天大学学报2006,38(1)
针对燃料电池电动车辅助能源系统低压大功率、大升压比的特点,分析了几种隔离变换器方案,这几种方案均难以做到大功率应用.为此,提出了采用隔离Boost全桥变换器拓扑方案可有效地解决上述技术难点.文中介绍了该方案的原理,详细分析了控制系统,给出了数字化控制的实现方法和主电路关键参数的设计.为了验证上述方案的正确性,设计了5 kW,24 V输入300 V输出的隔离Boost全桥变换器.实验结果表明,系统具有良好的动态和静态性能,能有效地应用于电动汽车等领域.
提出了隔离升压DC-DC变换器拓扑族,分析比较了各种拓扑的特点,确定了以IBFBC为研究对象。对IBFBC进行了详细的稳态分析和小信号建模分析,为其分析、设计和搭建实验平台提供Fra bibliotek电路理论基础。
理论上分析了IBFBC起动时存在电流冲击的原因。提出了二种数字化软起动方案,该方案对主电路进行了改造,利用DSP能灵活产生PWM波的特点采用了新的控制策略,成功实现了该系统的软起动。
ZVZCS-PWM全桥变换器广泛应用于中大功率场合.提出了一种基于两个独立变压器串联的高效新型ZVZCS混合全桥变换器,利用MOSFET实现超前臂的ZVS,而用IGBT实现滞后臂的ZCS.通过一台840 W样机在100 kHz下的测试,对提出的拓扑结构进行了验证,给出了实际工作波形和不同负载情况下的效率曲线.
7.会议论文陈桂涛.孙强.史奔.赵海波100kW双副边无损钳位全桥变换器的研制2008
本文研究了一种非常适合于高压大功率应用场合的新型全桥软开关DC/DC拓扑双副边钳位全桥变换器拓扑,该拓扑通过移相控制实现H 桥超前桥臂的ZVS,而通过采用新型低漏感高频变压器尽量减小滞后臂的损耗及对副边的影响,双变压器结合无源无损钳位吸收的拓扑结构,可以有效减小副边应力
对倍流整流的全桥移相变换器作了稳态分析,给出了12个运行模态的等效电路和电压电流公式。从分析可知该变换器可以在轻载到满负载的宽范围内实现软开关,实现了次级整流二极管的自然换流,消除了副边占空比丢失和次级二极管的振荡。
为了减小变换器的体积,介绍了磁集成技术的基本原理。从IM中磁的作用方式和IM集成的对象两个方面讨论了磁集成的方式。依据磁路基本定律和电磁感应定律,介绍了磁件等效电路模型建立的三种方法:磁路电路对偶变换法、源转移法和回转器—电容等效模型法。讨论了倍流整流电路ZVSPWM全桥变换器中磁集成技术的应用—双电感的集成方式和变压器与双电感的集成方式。提出了一种改进型的CDRIM方案。
4.学位论文郭辉基于移相控制技术新的全桥DC/DC变换器拓扑的仿真与实验2004
全桥变换器是由BUCK变换器演变而来的,属于降压型变换器,和BUCK变换器有许多相似之处,但它们分别应用于不同的功率拓扑中.BUCK变换器常用于中小功率场合,而在大功率的电源应用中,最常用的拓扑结构是全桥变换器拓扑.随着功率的加大、频率的提高,开关管损耗的加大,必然会涉及到软开关.通常在全桥变换器电路中实现软开关的方式有两种,一是改变控制方式,二是改变电路拓扑.在控制方式中,移相控制是一种比较常用的控制方式,而基于移相控制方式,全桥变换器演变出了很多的电路拓扑结构,应用于不同的场合,并改善全桥变换器基本拓扑的系统性能.在该文的设计中,将对一种新的全桥变换器拓扑进行研究.该文首先将这种新的电路拓扑结构与全桥变换器基本拓扑比较,在此基础上分析了不同的控制方式的优缺点,从而选择了移相控制方式.然后,分析了采用移相控制方式下电路的各种工作模态,以及电路的性能.仿真在开关电源的设计中有着重要的作用,有助于进一步认识电路工作状态,并帮助验证实验设计的参数.在文中,采用SIMETRIX对移相控制下新的全桥变换器电路拓扑进行了闭环仿真分析,直观的显示了新电路拓扑的工作状态以及电路性能.最后进行了实验设计.
2.学位论文周林泉软开关PWM Boost型全桥变换器的研究2005
根据结构不同,全桥变换器可分为Buck型和Boost型两类。在过去的几十年中,Buck型全桥变换器的软开关技术得到了系统而深入的研究,并得到了广泛应用。关于Boost型全桥变换器的软开关技术研究相对较少。
Buck型全桥变换器在高输出电压应用场合,其输出滤波电感需要承受较高的电压,使得制造工艺复杂;在多路输出时,交错调节能力差。另外,其变压器易出现磁不平衡现象,输出整流二极管存在反向恢复等。Boost型全桥变换器克服了Buck型全桥变换器的上述缺点,它可以作为大功率电源的单级PFC电路,多路输出电路,电动车的充电器及在分布式电源系统中作为前级变换器等。因此研究Boost型全桥变换器的软开关技术具有重要的理论意义和重要的实用价值。
本文详细分析了ZCZVS PWM Boost型全桥变换器和副边加钳位开关管的ZCS PWM Boost型全桥变换器的工作原理,讨论了它们的参数设计,并进行了实验验证。ZCZVS PWM Boost型全桥变换器克服了ZCS PWM Boost型全桥变换器存在的电流占空比丢失、滞后管在重载时易失去ZCS条件、变压器设计较困难等缺点,可以在输入电压和全负载范围内实现了超前管的ZCS和滞后管的ZVS。副边加钳位开关管的ZCS PWM Boost型全桥变换器利用副边输出电压对原边开关管的电压进行钳位,可以减小开关管的电压尖峰,从而降低开关管的电压应力。
给出了主电路关键器件参数的设计方法,设计了以DSP-TMS320F2407为核心的数字控制单元,编写了DSP控制程序和CPLD逻辑处理程序。研制了一台
输出功率5KW,输入电压直流24V,输出电压直流300V的IBFBC,通过全面的性能实验验证了理论分析和仿真结果。
本文立足于IBFBC的关键技术要求,并充分考虑工程应用中的实际因素,进行了理论分析和实验研究,为实际系统方案设计提供理论依据,并已经在实际应用中得到验证。
3.期刊论文周林泉.阮新波.ZHOU Lin-quan.RUAN Xin-bo零电流零电压开关PWM Boost全桥变换器-南京航空航天
大学学报(英文版)2003,20(1)
提出一种新颖的零电流零电压开关PWM Boost全桥变换器.超前管串联电感,并利用输出滤波电容的能量,可以在很宽的负载范围内实现ZCS.滞后管利用其寄生电容和与变压器原边并联的辅助电感,可以在任何负载下实现ZVS.与ZCS PWM Boost全桥变换器相比,所提出的变换器没有电流占空比丢失的问题.本文详细分析了该变换器的工作原理,参数设计原则.通过一个480W的原理样机,验证了分析结果.