基本DC-DC變換器的組合拓撲及控制方法研究.pdf

1、隨著技術的不斷進步,對DC/DC變換器的性能要求越來越高,如何提高是電力電子領域研究的熱點之一。本論文以提高變換器功率處理能力、動態(tài)負載性能以及抗輸入電壓擾動能力為主要目標,在基本DC/DC變換器的組合拓撲及控制方法方面做了一些基礎性、探索性研究,所作主要工作如下:首先提出了交錯串聯DC/DC變換器,以交錯串聯BUCK變換器為例分析了其工作原理及性能特點,結果表明:交錯串聯DC/DC變換器具有開關器件電壓應力低、動態(tài)負載性能好等優(yōu)點,適

2、用于電壓較高的場合。為完善基本雙頻變換理論,首先根據拓撲等效變換,在基本雙頻BUCK、BOOST、BUCK-BOOST變換拓撲的基礎上,推導出了系列基本雙頻變換拓撲。研究了基本雙頻變換器和改進雙頻變換器的工作模式,提出了改進雙頻變換器工作模式的判定方法。通過對改進雙頻變換器性能的詳細分析,提出了低頻電感的選取原則,還特別分析了低頻電感電流次諧波振蕩問題,并提出了抑制措施。為優(yōu)化雙頻變換拓撲,提出了復合雙頻變換器,其高頻單元為三電平,低頻

3、單元為兩電平。與三電平BUCK變換器相比,復合雙頻BUCK變換器具有更高的效率,與改進雙頻BUCK變換器相比,復合雙頻BUCK變換器具有高頻開關電壓應力低,輸出濾波電感電容小,動態(tài)負載性能好等優(yōu)點。為提高變換器的動態(tài)負載性能和抗輸入電壓擾動能力,提出了兩種電壓-單周控制方法,即V2-OCC控制和OVDC-OCC控制。分析了它們的控制原理,建立了小信號模型,進行了頻域仿真分析及實驗驗證,結果表明:采用V2-OCC控制比PID-OCC控制能

4、獲得更優(yōu)的動態(tài)負載性能,但抗輸入電壓擾動能力稍差,而采用OVDC-OCC控制與PID-OCC控制一樣可獲得最優(yōu)的抗輸入電壓擾動能力,而且動態(tài)負載性能也得到了提高。為便于實現過流保護及均流控制,提出了一類電流-單周控制方法,即C+-OCC控制、C-OCC控制、C--OCC控制,建立了小信號模型,進行了頻域對比仿真分析和實驗驗證。結果表明:采用C+-OCC與C-OCC控制性能接近,但采用C+-OCC控制能獲得更優(yōu)的動態(tài)負載性能。當輸入電壓增

5、加或負載減輕時,采用C--OCC控制會使輸出電壓會減小,這與常規(guī)控制方法明顯不同。綜合起來看,C+-OCC控制具有更優(yōu)的性能。在此基礎上,把電流-單周控制方法成功用于改進雙頻BUCK變換器,達到了預期效果。此外,還提出了一種新的零電壓轉移輔助網絡,分析了基于該輔助網絡的BOOST變換器的工作原理及性能特點,結果表明,在整個輸入電壓和負載變化范圍,所有開關器件都近似實現了軟開關,而且循環(huán)能量小,減小了導通損耗,變換器效率得到了提高。最后將