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基于PWM控制三电平全桥双向直流变换器的研究

作　者: 饶勇
导　师: 金科
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 电机与电器
关键词: 双向直流变换器三电平 PWM控制全桥均压控制
分类号: TM461
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

随着全球经济的飞速发展，人类对化石能源消费需求量迅速增加，能源危机问题愈发严重，同时化石能源的燃烧对自然环境造成了严重的污染。而开发利用太阳能、风能等绿色能源取代传统的化石能源正是解决上述问题的有效途径之一。本课题基于可再生能源利用，致力于对新能源发电系统中储能设备进行能量管理的研究。研究对象为用于平衡系统能量的双向DC-DC变换器，其作用是根据能量的需求，实现新能源、市电、储能装置、负载之间的能量平衡。由此可见，双向变换器在系统中是不可或缺且非常关键和重要的一部分，所以对它的研究具有理论意义和实际意义。本文首先经过详细的推导，提出了三电平全桥双向直流变换器，接着选择适和该拓扑的控制策略，最终采用了不对称PWM控制策略。而后详细分析了该变换器在基于不对称PWM控制策略的双向工作模态，以及分析了正向工作时电路软开关实现情况并列出了正向各个模态的电压电流计算公式。接着讨论了飞跨电容均压控制策略在变换器以及整个系统中的应用和该策略的实现方式，阐明了能量双向流动的能量管理策略。而后分析了箝位电路所起到的作用。根据设计指标，设计出主电路参数和控制电路参数，其中主电路参数包括开关管选取、主变压器参数、谐振电感以及输出电感等；控制电路参数包括采样电路、外部时钟同步电路、死区电路、驱动变压器等。本文最后完成了一台2kW的原理样机，并进行了实验验证。实验结果验证了本文所提出的三电平全桥双向DC-DC变换器适用于大功率高压场合，以及验证对飞跨电容均压控制和副边整流侧箝位方式有效性。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-13
第一章绪论  13-21
  1.1 课题研究背景  13-14
  1.2 双向 DC-DC 变换器电路拓扑分类  14-17
  1.3 三电平变换器拓扑结构  17-19
    1.3.1 三电平结构介绍  17-18
    1.3.2 三电平在双向变换器中的应用  18-19
  1.4 本文的研究内容及意义  19-21
    1.4.1 研究内容  19-20
    1.4.2 研究意义  20-21
第二章三电平全桥双向直流变换器工作原理  21-31
  2.1 引言  21
  2.2 三电平全桥双向 DC-DC 变换器电路拓扑推导  21-22
  2.3 三电平全桥双向 DC-DC 变换器的控制策略  22-24
  2.4 三电平全桥双向 DC/DC 变换器的工作原理  24-30
    2.4.1 正向工作原理分析  25-28
    2.4.2 反向工作模态分析  28-30
    2.4.3 各开关管电压应力分析  30
  2.5 本章小结  30-31
第三章三电平全桥双向直流变换器的控制策略分析  31-39
  3.1 引言  31
  3.2 飞跨电容均压控制策略分析  31-33
  3.3 能量管理策略分析  33-35
  3.4 箝位技术  35-38
    3.4.1 RCD 无源箝位技术在本文中的应用  36-37
    3.4.2 有源箝位技术在本文中的应用  37-38
  3.5 本章小结  38-39
第四章变换器参数设计与实验分析  39-60
  4.1 引言  39
  4.2 主电路参数设计  39-44
    4.2.1 开关管的选取  39-40
    4.2.2 变压器设计  40-42
    4.2.3 谐振电感设计  42
    4.2.4 低压侧电感设计  42-44
  4.3 控制电路设计  44-52
    4.3.1 采样电路的设计  44-45
    4.3.2 同步时钟信号电路设计  45-46
    4.3.3 死区电路设计  46-48
    4.3.4 驱动电路设计  48-52
  4.4 实验结果分析  52-59
    4.4.1 正向工作实验验证  53-55
    4.4.2 反向工作实验验证  55-57
    4.4.3 均压控制策略实验验证  57-59
  4.5 本章小结  59-60
第五章总结与展望  60-61
  5.1 本文主要工作  60
  5.2 下一步工作  60-61
致谢  61-63
参考文献  63-66
攻读硕士学位期间所发表的论文及参与完成的科研项目  66

基于PWM控制三电平全桥双向直流变换器的研究

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