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三通道交错并联磁集成双向Buck/Boost变换器的研究

作　者: 李涛
导　师: 杨玉岗
学　校: 辽宁工程技术大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 交错并联磁集成双向Buck/Boost变换器等效电感非对称耦合电感变换器性能
分类号: TM46
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

交错并联磁集成双向Buck/Boost变换器中的储能电感设计是一件复杂而且具有挑战性的工作，所以本文提出研究双向Buck/Boost变换器的交错并联磁集成理论来克服这一困难。在双向Buck/Boost变换器中加入交错并联磁集成技术可以降低变换器的电感电流纹波并且提高动态电流响应速度，降低变换器的电感电流纹波可以提高变换器的效率即提高变换器的稳态性能，提高动态电流响应速度能提高变换器的暂态性能，而变换器的主要性能指标就包括稳态性能和暂态性能。所以采用交错并联磁集成技术就可以提高变换器的上述两个指标。将三通道交错并联磁集成双向Buck/Boost变换器中的所有通道电感集成为一个耦合电感，对磁集成后变换器运行在Buck模态下的稳态电流纹波和暂态响应速度进行了深入研究，给出了三通道交错并联磁集成双向Buck/Boost变换器运行在Buck和Boost模态下的设计准则，即在设计这种变换器时，应根据占空比的大小、稳态相电流纹波、暂态总输出电流和总输入电流响应速度的技术要求，利用本文所给出的设计公式和设计区域选择磁集成耦合电感的反向耦合系数。同时还分析了耦合电感的不对称性对变换器性能的影响，设计了三通道“UШ”形无气隙可变耦合度耦合电感，并验证了改变耦合电感的耦合度对变换器性能影响。最后通过仿真和实验验证了理论分析的正确性。

全文目录

致谢  5-6
摘要  6-7
Abstract  7-11
1 绪论  11-23
  1.1 课题研究背景  11-14
    1.1.1 双向Buck/Boost 变换器的简单概述  11-12
    1.1.2 交错并联磁集成技术的简单概括  12-14
  1.2 双向 Buck/Boost 变换器的应用场合  14-16
    1.2.1 不停电电源系统即不间断电源系统  14-15
    1.2.2 电动汽车中的电源管理系统  15-16
  1.3 双向 Buck/Boost 变换器的研究现状和发展情况  16-21
    1.3.1 采用交错并联磁集成技术的双向Buck/Boost 变换器  17-18
    1.3.2 双向Buck/Boost 变换器的模型及控制策略  18-21
  1.4 主要研究内容  21-22
  1.5 本章小节  22-23
2 交错并联磁集成双向 Buck/Boost 变换器的工作模态分析  23-42
  2.1 耦合电感对称情况下的 Buck 工作模态分析  23-25
  2.2 等效电感  25-29
    2.2.1 等效稳态电感  25-26
    2.2.2 等效暂态电感  26-29
  2.3 稳态电流纹波和暂态电流响应速度的比较  29-32
    2.3.1 稳态电流纹波的分析  29-30
    2.3.2 暂态电流响应速度的分析  30-32
  2.4 双向 Buck/Boost 变换器 Buck 模式的设计准则  32-34
  2.5 耦合电感对称情况下的 Boost 工作模态分析  34-36
  2.6 稳态通道电流纹波、总输入电流纹波的分析  36-38
    2.6.1 稳态通道电流纹波的分析  36-37
    2.6.2 输入电流纹波和输出电压纹波分析  37-38
  2.7 双向 Buck/Boost 变换器 Boost 模式下的设计准则  38-39
  2.8 交错并联磁集成双向 Buck/Boost 变换器的参数选择  39-41
  2.9 本章小节  41-42
3 交错并联磁集成双向 Buck/Boost 变换器非对称耦合电感的研究  42-55
  3.1 等效稳态电感和等效暂态电感  43-46
  3.2 稳态电流纹波  46-49
  3.3 暂态响应速度的分析  49-51
  3.4 三通道交错并联磁耦合双向Buck/Boost 变换器的设计准则  51-54
  3.5 本章小节  54-55
4 三通道“ U Ш”形无气隙可变耦合度耦合电感研究  55-65
  4.1 三通道无气隙耦合电感结构  55-56
  4.2 三通道无气隙耦合电感可变耦合度原理  56-59
  4.3 磁路模型修正及修正后的电感参数分析  59-62
  4.4 三通道无气隙耦合电感的磁通分析  62-64
  4.5 本章小结  64-65
5 损耗分析以及提高轻载效率的办法  65-71
  5.1 损耗分析  65-66
  5.2 提高轻载效率的方法  66-70
  5.3 结论  70-71
6 交错并联磁集成双向Buck/Boost 变换器的仿真和实验验证  71-88
  6.1 耦合电感对称情况下的 Buck 工作模态的仿真验证  71-74
    6.1.1 稳态通道电流纹波的仿真验证  71-72
    6.1.2 暂态通道电流和输出电流响应速度的仿真验证  72-74
  6.2 耦合电感对称的 Buck 工作模态的实验验证  74-77
    6.2.1 稳态通道电流纹波的实验验证  76-77
    6.2.2 暂态相电流和总电流响应速度的实验验证  77
  6.3 耦合电感对称的 Boost 工作模态的仿真验证  77-80
    6.3.1 稳态电感电流纹波和输入电流纹波的仿真验证  79
    6.3.2 输出电压纹波的仿真验证  79-80
  6.4 对称耦合电感 Boost 工作模态的实验验证  80-81
    6.4.1 稳态电感电流纹波和输入电流纹波的实验验证  80-81
    6.4.2 输出电压纹波的实验验证  81
  6.5 耦合电感样机实验验证  81-82
  6.6 耦合电感样机电路实验验证  82
  6.7 非对称耦合电感 Buck 工作模态的仿真和实验验证  82-88
    6.7.1 稳态通道电流纹波的仿真验证  83-84
    6.7.2 暂态通道电流和总电流响应速度的仿真验证  84-85
    6.7.3 稳态通道电流纹波的实验验证  85-87
    6.7.4 暂态通道电流和总电流响应速度的实验验证  87-88
结论  88-89
参考文献  89-93
作者简历  93-94
学位论文数据集  94-95

三通道交错并联磁集成双向Buck/Boost变换器的研究

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