無無功環(huán)流的隔離型雙向DC-DC變換器研制.pdf

1、隔離型雙向DC/DC變換器(Isolated Bidirectional DC/DC Converter，IBDC)因其具有功率雙向流動、電壓變換、電氣隔離及控制簡單等優(yōu)點而被廣泛應用。隨著變換器在微網(wǎng)及儲能系統(tǒng)、電動汽車及電力電子變壓器等大功率場合的應用，其功率和電壓等級都在不斷提高，因此對其電壓輸出穩(wěn)定性、效率等工作特性要求更高。對于當前廣泛應用的雙有源全橋拓撲（Dual Active Bridge，DAB），雖然在各方面優(yōu)點突出，

2、但無功環(huán)流問題仍然是阻礙其性能提高的重要因素。本文采用一種無無功環(huán)流的電流源型拓撲，研制了一臺1500W、額定電壓160V的隔離型雙向DC/DC變換器實驗樣機，并針對樣機工作原理、工作效率和控制策略展開分析研討。
　　本文結(jié)合開關(guān)管脈沖介紹了變換器每個開關(guān)周期的四個工作模態(tài)，闡述了變換器的工作原理。針對復雜的應用工況，提出基于這種電路結(jié)構(gòu)的Buck-Boost拓展型拓撲，并給出兩種拓撲的控制策略。仿真和實驗結(jié)果表明所提拓撲沒有無功

3、環(huán)流、能夠?qū)崿F(xiàn)功率雙向流動且所提控制策略可有效實現(xiàn)控制目標，并且Buck-Boost變換器可以實現(xiàn)兩種工作模式的切換。
　　為了搭建變換器的實驗樣機，設(shè)計了主回路的各元件參數(shù)。根據(jù)紋波要求計算了電容量與電感量，從磁芯、繞線匝數(shù)等方面設(shè)計了隔離變壓器，并根據(jù)電壓和電流條件選取了開關(guān)器件?？紤]實際應用中的變壓器漏感影響，給出了RCD吸收回路設(shè)置方案，設(shè)計了吸收電容、電阻及二極管的具體參數(shù)。通過實驗波形分析得出所設(shè)計的各元件參數(shù)滿足設(shè)計

4、要求，RCD吸收回路能夠?qū)崿F(xiàn)漏感能量的吸收，減小電壓沖擊。
　　針對變換器的效率問題，根據(jù)各器件的工作特性分別建立了開關(guān)器件和磁性元件各部分損耗的數(shù)學模型;結(jié)合變換器的實際運行條件，具體分析開關(guān)管及磁性元件的損耗值，進而得到電路總損耗及效率;通過效率測試實驗得到雙向的效率曲線，二者的對比驗證了損耗分析方法的正確性。
　　為研究變換器在小信號擾動下的系統(tǒng)穩(wěn)定性，根據(jù)等效Boost電路的開關(guān)平均模型及閉環(huán)控制框圖，分別推導了單電