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宽范围输入谐振双向DC/DC变换器研究

作　者: 黄启程
导　师: 陈敏
学　校: 浙江大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: SRC 两级双向DC/DC变换器频率跟踪控制
分类号: TM46
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

随着新能源和电动汽车技术的快速发展,能够实现功率双向流动功能的双向DC/DC变换器在电池储能等领域得到越来越广泛的应用。本文开展了应用于电池储能系统的宽范围输入隔离型双向DC/DC变换器的研究。本文首先对当前双向DC/DC变换器的常见非隔离型与隔离型拓扑进行了回顾总结,包括移相全桥电路、Dual Active Bridge(DAB)电路和全桥串联谐振(SRC)电路,并对其中四种拓扑建立损耗模型,进行了损耗分析与比较。最终确定以Buck/Boost-SRC两级谐振变换器作为本文的研究方案。本文采用的两级结构双向DC/DC变换器,综合了Buck/Boost和SRC的优点,既解决了SRC不能满足功率双向流动控制的问题,保持了串联谐振电路软开关的特性,又能够满足宽范围电压增益变化的要求。本文分析了两级谐振DC/DC变换器的工作原理及直流增益特性,探讨了谐振参数设计方法。并在传统控制方法基础上设计了频率跟踪控制,以提高变换器的控制精度和工作效率,研究了频率跟踪控制的实现方法和相位闭环环路设计方法。最后本文在上述理论分析研究的基础上,研制了一台5kW实验样机,对两级电路进行了实验测试,并比较了采用频率跟踪控制前后的实验结果,通过实验验证了理论分析和设计。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
第1章绪论  9-20
  1.1 研究背景及意义  9-12
    1.1.1 研究背景  9-11
    1.1.2 双向DC/DC变换器对新能源发展的意义  11-12
  1.2 双向DC/DC变换器研究现状及发展趋势  12-18
    1.2.1 非隔离双向DC/DC变换器研究现状  12-14
    1.2.2 隔离型双向DC/DC变换器研究现状  14-18
  1.3 本文的选题意义和研究内容  18-20
    1.3.1 本文选题意义  18
    1.3.2 本文研究内容  18-20
第2章双向DC/DC变换器方案效率比较  20-34
  2.1 Dual Active Bridge双向DC/DC变换器分析  20-23
    2.1.1 工作过程分析  20-22
    2.1.2 移相控制DAB变换器损耗分析  22-23
  2.2 单级串联谐振双向DC/DC变换器分析  23-27
    2.2.1 工作过程分析  23-26
    2.2.2 PWM控制时的SRC损耗分析  26-27
  2.3 两级谐振双向DC/DC变换器分析  27-31
    2.3.1 两级谐振双向DC/DC变换器结构分类  27-28
    2.3.2 两级谐振DC/DC变换器的损耗模型  28-31
  2.4 双向DC/DC变换器方案效率比较  31-33
  2.5 本章小结  33-34
第3章双向Buck/Boost-SRC变换器设计  34-52
  3.1 双向Buck/Boost-SRC的稳态直流增益特性  34-37
  3.2 双向Buck/Boost-SRC变换器的参数设计  37-46
    3.2.1 变压器设计  37-38
    3.2.2 开关频率、谐振频率的选择  38-40
    3.2.3 Buck/Boost电感设计  40-41
    3.2.4 SRC谐振参数设计  41-42
    3.2.5 输入、输出电容设计  42-44
    3.2.6 开关器件选择  44-46
  3.3 实验验证  46-51
  3.4 本章小结  51-52
第4章频率跟踪控制设计  52-66
  4.1 频率跟踪控制原理  52-53
  4.2 频率跟踪控制闭环设计  53-62
    4.2.1 频率跟踪控制框图  53-54
    4.2.2 简化电压电流环路设计  54-57
    4.2.3 锁相环控制环路设计  57-60
    4.2.4 锁相环路硬件设计  60-62
  4.3 实验验证  62-65
  4.4 本章小结  65-66
第5章总结与展望  66-67
  5.1 本文工作总结  66
  5.2 未来工作展望  66-67
参考文献  67-72
附录1 Buck/Boost+SRC实验样机照片  72-73
附录2 作者攻读硕士期间发表的论文  73-74
附录3 双向DC/DC变换器损耗分析计算推导  74-78
  A. 移相控制DAB变换器损耗模型  74-75
  B. PWM控制SRC变换器损耗模型  75-76
  C. 两级结构Buck/Boost+SRC损耗模型  76
  D. 其他损耗模型  76-78
致谢  78

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