雙向DC-DC變換器的研究.pdf

1、雙向DC-DC變換器(Bi-directional DC-DC Converter,BDC)是直流變換器的雙象限運行,可實現(xiàn)能量的雙向傳輸,在功能上相當于兩個單向直流變換器,是典型的"一機兩用"設備.在需要雙向能量流動的場合可大幅度減輕系統(tǒng)的體積重量及成本,有重要研究價值.本文以三種類型的BDC為主線對相關問題進行了研究.(一)推挽正激移相式雙向DC-DC變換器首先分析了推挽正激變換器的工作原理,給出了其環(huán)流電流表達式,確定了箝位電容的

2、取值依據(jù).然后分析了推挽正激整流電路的工作原理,揭示出其輸出電感電流紋波小、可以實現(xiàn)開關管ZVS開關的優(yōu)點.為減小開關損耗,提出了一種諧振網(wǎng)絡中諧振電容充電回路和放電回路分離的ZCT實現(xiàn)策略,減小了導通損耗和原有ZCT策略存在的開關管附加電流應力.研究了輸入輸出電壓變比和移相角對移相式BDC環(huán)流能量的影響,指出移相式BDC方案不適于寬調(diào)壓范圍應用.最后把推挽正激電路應用在移相式BDC場合,它具有開關管有效箝位、響應速度快等優(yōu)點.(二)級

3、聯(lián)式雙向DC-DC變換器級聯(lián)式BDC是一種新型BDC結(jié)構(gòu).首先以Buck/Boost BDC電路構(gòu)建試驗平臺,研究了BDC的控制模型,指出單電壓閉環(huán)的PID調(diào)節(jié)器可實現(xiàn)BDC系統(tǒng)穩(wěn)定.然后研究了直流變壓器的工作特性,它具有易于實現(xiàn)ZVS開關、頻帶寬、功率密度高等優(yōu)點.在此基礎上,采用具有調(diào)壓功能的Buck/Boost BDC和具有隔離變壓功能的直流變壓器級聯(lián),構(gòu)成了級聯(lián)式BDC.級聯(lián)式BDC具有:兩部分可分別優(yōu)化設計、功率密度高、適于大

4、變比變換的應用等優(yōu)點.最后擴展了直流變壓器的概念,提出了三種形式的AC-AC變壓器,研究了控制方案,并進行了仿真和試驗驗證.該變壓器的優(yōu)點是:可對各種形狀的低頻電壓進行比例變換、實現(xiàn)全部功率開關的ZVS開關、變換效率和功率密度高、寬頻帶、適用于各種負載性質(zhì)等.(三)正反激組合式雙向DC-DC變換器正反激組合式BDC是一種新穎的BDC構(gòu)成方案.正激和反激組合式BDC的一側(cè)繞組串聯(lián),另一側(cè)并聯(lián).這種結(jié)構(gòu)的BDC拓撲解決了Buck/Boost

5、隔離型BDC拓撲存在的開關管電壓尖峰問題.正激和反激組合式BDC中的耦合電感和正激變壓器一起向副邊傳遞功率,克服了反激式BDC單純采用耦合電感傳遞能量的缺點和移相式BDC采用變壓器漏電感傳遞能量的缺點.以有源筘位正反激組合式BDC為例,分析了其工作原理,著重研究了正反激組合式BDC存在的開關時序、軟開關實現(xiàn)、功率分配等問題,推導了穩(wěn)態(tài)工作基本關系.仿真分析和樣機試驗證明了正反激組合式BDC理論分析的正確性.最后給出了一族正反激組合式BD