雙向半橋三電平DC-DC變換器拓撲結構及控制策略研究.pdf

1、現(xiàn)有機車牽引系統(tǒng)中采用工頻變壓器進行降壓，使整流器與牽引網電壓匹配;工頻變壓器的重量約占整個機車重量的15％。為了減小機車牽引系統(tǒng)的重量和體積實現(xiàn)輕量化、滿足更強運輸能力、更快運行速度的要求，車載電力電子變壓器成為當前研究熱點。基于二極管箝位三電平的電力電子變壓器，能減少級聯(lián)模塊數量、提高系統(tǒng)可靠性，是一種可行的拓撲結構。二極管箝位雙向半橋三電平DC-DC變換器作為系統(tǒng)的重要組成部分，具有高頻電氣隔離、功率雙向流動和電壓調整的作用，本文

2、以雙向半橋三電平DC-DC變換器作為研究對象，研究了傳輸相同功率下使電感電流有效值最小的控制方法。
　　首先，討論了雙向半橋三電平DC-DC變換器在結構上相對于雙向全橋和雙向半橋DC-DC變換器的優(yōu)勢。分析了雙向半橋三電平DC-DC變換器采用移相控制的工作原理、功率傳輸特性和軟開關范圍。為了利用變換器兩側橋臂均可輸出三電平的優(yōu)勢，針對該拓撲結構，提出了一種通過控制開關信號脈沖寬度的雙邊三電平調制方法;并通過Matlab仿真驗證了該

3、調制方法的可行性。
　　在上述工作的基礎上，分析了變換器采用單邊三電平控制的工作原理、功率特性和軟開關范圍。分析發(fā)現(xiàn)，采用單邊三電平控制可以使變換器在整個傳輸功率范圍內滿足ZVS(Zero Voltage Switching)條件，同時通過優(yōu)化控制高壓側橋臂端口電壓的占空比和兩側電壓之間的移相比，可以顯著減小電感電流的有效值;但是采用該控制方法，輕載載時仍存在較大電流。
　　為了進一步減小電感電流有效值，論文研究了變換器采用

4、雙邊三電平控制的工作原理、功率特性和軟開關范圍，給出了傳輸一定大小的功率時使電感電流有效值最小的兩側電壓占空比D1、D2和移相比Dψ之間的關系，理論分析表明輕載時采用雙邊三電平控制比采用移相控制和單邊三電平控制使得電感電流有效值更小。在Matlab/Simulink搭建了三種控制方法的仿真模型，通過仿真驗證了單邊三電平控制和雙邊三電平控制的可行性和有效性。
　　最后，搭建了一套基于FPGA的800W實驗系統(tǒng)，并進行了相關實驗。實驗