適用于寬輸入電壓范圍的Buck-Boost直流變換器及其控制策略的研究.pdf

1、雙管Buck-Boost變換器具有升降壓功能、輸入輸出極性相同、無源元件少以及開關(guān)器件電壓應(yīng)力低等諸多優(yōu)點(diǎn)，已在很多寬輸入電壓范圍場(chǎng)合得到應(yīng)用。但是該變換器不具有電氣隔離功能，且在實(shí)現(xiàn)高效率的兩模式控制策略下，其輸出電壓只能限定在輸入電壓范圍內(nèi)。為此，本文研究具有電氣隔離功能的Buck-Boost變換器的電路拓?fù)浼捌淇刂撇呗?，?shí)現(xiàn)高的變換效率和良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，以適應(yīng)寬輸入電壓范圍且同時(shí)要求電氣隔離的場(chǎng)合，如光伏發(fā)電系統(tǒng)、燃料電池供電系統(tǒng)

2、和分布式電源系統(tǒng)等。
　　本文主要包括三部分。
　　第一部分為第二章，詳細(xì)分析雙管Buck-Boost變換器的兩模式控制方法，為隔離型Buck-Boost變換器的研究打下基礎(chǔ)和提供思路。該章首先從減小電感電流平均值的角度出發(fā)，推導(dǎo)出雙管Buck-Boost變換器的兩模式控制，即當(dāng)輸入電壓分別高于和低于輸出電壓時(shí)，變換器分別工作在Buck和Boost模式。與單模式控制相比，兩模式控制可以有效減小變換器的導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗，實(shí)現(xiàn)

3、變換器在整個(gè)輸入電壓范圍內(nèi)的高效率變換。為了實(shí)現(xiàn)雙管Buck-Boost變換器兩個(gè)工作模式的自動(dòng)切換，第二章對(duì)雙調(diào)制信號(hào)-單載波的兩模式控制方法進(jìn)行了分析，并給出了工作模式自動(dòng)平滑切換的條件。此外，第二章還建立了兩模式控制方法下雙管Buck-Boost變換器的小信號(hào)模型，進(jìn)行了相應(yīng)的閉環(huán)設(shè)計(jì)，并在一臺(tái)輸入250V~500V、輸出360V、額定功率6kW的雙管 Buck-Boost變換器原理樣機(jī)上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
　　第二部分為第三

4、章，在雙管Buck-Boost變換器的基礎(chǔ)上推導(dǎo)出一族隔離型Buck-Boost變換器，并以全橋-Boost變換器為例，提出了其模式自動(dòng)切換的高效率控制方法。高效率控制方法主要包括1）兩模式控制：高輸入電壓區(qū)間和低輸入電壓區(qū)間全橋-Boost變換器分別工作在全橋和Boost模式，以減小電感電流平均值，從而減小導(dǎo)通損耗；2）基于移相控制的雙沿調(diào)制：移相控制可以實(shí)現(xiàn)全橋單元開關(guān)管的零電壓開關(guān)，以減小開關(guān)損耗，而且考慮到諧振電感（含變壓器漏感

5、）導(dǎo)致的占空比丟失，全橋和Boost單元只有分別采用前沿和后沿調(diào)制才能使電感電流脈動(dòng)最小，進(jìn)一步減小導(dǎo)通損耗；3）雙頻控制：在折算到變壓器副邊的輸入電壓和輸出電壓接近的工作區(qū)間，由于電感電流脈動(dòng)很小，為此可將Boost單元的開關(guān)頻率降低為原開關(guān)頻率的1/(2N+1)，N為正整數(shù)，以進(jìn)一步減小變換器的開關(guān)損耗，并避免變壓器的直流磁化；進(jìn)一步，將所提出的高效率控制方法和雙調(diào)制-單載波控制方法結(jié)合在一起，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)變換器整個(gè)輸入電壓范圍內(nèi)的

6、高效率變換和工作模式的自動(dòng)平滑切換。第三章還討論了變壓器變比的優(yōu)化設(shè)計(jì)，建立了模式自動(dòng)切換高效率控制方法下全橋-Boost變換器的小信號(hào)模型，并進(jìn)行了相應(yīng)的閉環(huán)設(shè)計(jì)。同樣的，在一臺(tái)輸入電壓250V~500V、輸出電壓360V、額定功率6kW的全橋-Boost變換器原理樣機(jī)上驗(yàn)證了所提出的模式自動(dòng)切換高效率控制方法的有效性。
　　第三部分為第四章，研究全橋-Boost變換器的輸入電壓前饋方法以減小輸入電壓擾動(dòng)對(duì)輸出電壓的影響，提高變

7、換器的動(dòng)態(tài)特性。該章首先推導(dǎo)了全橋-Boost變換器不同工作模式下的輸入電壓前饋函數(shù)。進(jìn)一步，考慮前饋函數(shù)的小信號(hào)和大信號(hào)實(shí)現(xiàn)方式，分別提出了加入小信號(hào)和大信號(hào)輸入電壓前饋的模式自動(dòng)切換控制策略。采用這兩種控制策時(shí)，全橋-Boost變換器都能實(shí)現(xiàn)工作模式和相應(yīng)輸入電壓前饋函數(shù)的同時(shí)自動(dòng)選擇，從而同時(shí)保證變換器的高效率變換和良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。小信號(hào)和大信號(hào)輸入電壓前饋都能有效抑制輸入電壓擾動(dòng)對(duì)輸出電壓的影響，相比較而言，大信號(hào)輸入電壓前饋實(shí)