高增益隔離型雙向DC-DC變換器及控制策略研究.pdf

1、雙向DC-DC變換器廣泛地應(yīng)用于新能源發(fā)電系統(tǒng)，航空電源，電動(dòng)汽車(chē)電池管理系統(tǒng)等領(lǐng)域。它在功能上相當(dāng)于兩個(gè)單向的變換器，有效地減少變換器所占用的體積和重量，具有重要的研究意義和實(shí)用價(jià)值。
　　雙向DC-DC變換器分為非隔離型和隔離型。非隔離型雙向DC-DC變換器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，但無(wú)法實(shí)現(xiàn)電氣隔離。相比與非隔離型變換器，隔離型雙向變換器可以有效地減少輸入輸出之間的干擾，使供電系統(tǒng)工作更加穩(wěn)定。論文提出了一種新型的隔離型雙向DC-

2、DC變換器，通過(guò)調(diào)節(jié)占空比和變壓器匝比，能夠獲得較高的電壓變比。
　　本文的主要工作包括：
　　①提出了一種新型的隔離型雙向 DC-DC變換器，變換器通過(guò)兩個(gè)電容和高頻變壓器進(jìn)行能量的傳輸，實(shí)現(xiàn)了部分開(kāi)關(guān)管的零電壓導(dǎo)通，減小了開(kāi)關(guān)管的損耗。通過(guò)電容回收了變壓器漏感能量，提高了變換器轉(zhuǎn)換效率。通過(guò)調(diào)節(jié)占空比和變壓器匝比，可以實(shí)現(xiàn)較高的電壓變比。分析了變換器在降壓模式和升壓模式下的工作原理、開(kāi)關(guān)工作時(shí)序和關(guān)鍵電流的波形，得到了各

3、個(gè)階段的穩(wěn)態(tài)方程，推導(dǎo)了變換器的電壓變比，器件的電壓應(yīng)力和邊界條件。
　?、谠趦煞N工作模式下，根據(jù)四個(gè)開(kāi)關(guān)管的狀態(tài)，將電路分為兩個(gè)狀態(tài)，分別推導(dǎo)出兩個(gè)狀態(tài)的穩(wěn)態(tài)方程。通過(guò)將兩個(gè)穩(wěn)態(tài)方程在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)的平均，得到其狀態(tài)空間平均方程。利用小信號(hào)建模法，得到變換器的輸入-輸出傳遞函數(shù)和占空比-輸出傳遞函數(shù)。
　　③推導(dǎo)了變換器兩種模式下的閉環(huán)系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)。根據(jù)頻域法，分析了變換器的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)的穩(wěn)定性。針對(duì)變換器的頻率特性

4、，設(shè)計(jì)了無(wú)源超前校正網(wǎng)絡(luò)，增大了變換器的相角裕量，提高了變換器的穩(wěn)定性。
　　綜上所述，論文提出了一種新型高增益隔離型雙向DC-DC變換器，分析了電路工作原理。利用狀態(tài)空間平均法得到系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，基于系統(tǒng)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)設(shè)計(jì)了無(wú)源超前補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，改善了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。設(shè)計(jì)了20W的樣機(jī)，詳細(xì)介紹了關(guān)鍵器件的設(shè)計(jì)過(guò)程。實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了變換器設(shè)計(jì)的正確性。在降壓和升壓模式下，樣機(jī)效率分別達(dá)到92%和90%。通過(guò)仿真，驗(yàn)證了變換器加入補(bǔ)償器后具