高壓大功率高頻DC-DC變換器研究.pdf

1、城軌輔助逆變器是城軌電氣化裝備的核心組成部分，針對(duì)城軌輔助逆變器的性能優(yōu)化研究是城市軌道交通電氣化裝備領(lǐng)域相關(guān)研究的重點(diǎn)。近年來(lái)，城軌輔助逆變器的高頻化技術(shù)逐步成為了輔助逆變器相關(guān)研究的核心議題。目前，高壓大功率電力電子裝置的高頻化技術(shù)主要包括模塊化集成技術(shù)和軟開(kāi)關(guān)技術(shù)。其中，軟開(kāi)關(guān)技術(shù)由于其在開(kāi)關(guān)電源領(lǐng)域的卓越表現(xiàn)獲得了越來(lái)越多的關(guān)注。軟開(kāi)關(guān)技術(shù)從根本上克服了硬開(kāi)關(guān)方式具有巨大的開(kāi)關(guān)損耗這一固有缺陷，從這一點(diǎn)來(lái)說(shuō)，它在高壓大功率電力電

2、子裝備制造領(lǐng)域也應(yīng)當(dāng)能發(fā)揮其高效的性能。本文對(duì)城軌輔助逆變器的前級(jí)——DC-DC環(huán)節(jié)進(jìn)行了軟開(kāi)關(guān)技術(shù)的適用性分析，設(shè)計(jì)了適用于高壓大功率DC/DC變換器的軟開(kāi)關(guān)系統(tǒng)。對(duì)其穩(wěn)定性進(jìn)行了數(shù)學(xué)分析，并對(duì)其可行性進(jìn)行了仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
　　首先，本文研究了目前幾種典型的軟開(kāi)關(guān)技術(shù)——移相全橋ZVZCS技術(shù)、移相全橋ZCS技術(shù)、ZCS準(zhǔn)諧振技術(shù)以及ZCS PWM技術(shù)，并對(duì)這幾種典型軟開(kāi)關(guān)技術(shù)進(jìn)行了分析和比對(duì)，得出ZCS PWM準(zhǔn)諧振變換器是

3、最適用于本設(shè)計(jì)的一種軟開(kāi)關(guān)技術(shù)。
　　然后，本文對(duì)于ZCS PWM準(zhǔn)諧振技術(shù)進(jìn)行了進(jìn)一步的研究，對(duì)于該型變換器的軟開(kāi)關(guān)過(guò)程進(jìn)行了詳細(xì)分析;基于工程應(yīng)用的現(xiàn)實(shí)需求，給出了相應(yīng)的拓?fù)涓倪M(jìn)策略;接著，本文對(duì)其軟開(kāi)關(guān)負(fù)載范圍和系統(tǒng)參數(shù)之間的關(guān)系進(jìn)行了數(shù)學(xué)定義，基于此得到了一種該型軟開(kāi)關(guān)系統(tǒng)的參數(shù)整定方法，給出了諧振電容和輔助開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間的取值過(guò)程。并結(jié)合列車(chē)和實(shí)驗(yàn)需要進(jìn)行了主拓?fù)涞膮?shù)選型，包括隔離變壓器設(shè)計(jì)、濾波器設(shè)計(jì)等。
　　

4、接著，本文基于狀態(tài)空間平均法，給出了變換器系統(tǒng)在時(shí)域下的數(shù)學(xué)模型?；诶钛牌罩Z夫第一方法給出了系統(tǒng)的穩(wěn)定性邊界，對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性進(jìn)行了驗(yàn)證。
　　最后，本文搭建了容量為32kW，開(kāi)關(guān)頻率為8kHz的實(shí)驗(yàn)樣機(jī)，對(duì)本文所述的ZCS PWM準(zhǔn)諧振變換器進(jìn)行了功能驗(yàn)證以及高壓大功率工況的可行性驗(yàn)證。經(jīng)過(guò)波形測(cè)量和溫度考核，證明該樣機(jī)在規(guī)定的負(fù)載范圍內(nèi)均能實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)，溫升情況在可控和可以接受的范圍內(nèi)。證明了本文所述的ZCS PWM準(zhǔn)諧振軟開(kāi)關(guān)