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隔离型多端口桥式直流变换器软开关技术的研究

作　者: 潘子周
导　师: 刘福鑫
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 电力系统及其自动化
关键词: 新能源联合供电系统 电动汽车 多端口直流变换器 零电压开关 软开关
分类号: U469.72
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


随着能源紧缺和环境污染问题的日益严峻，发展新能源和电动汽车是解决该问题的两种有效措施，二者将各种新能源或传统能源与蓄电池、超级电容等储能装置联合起来，提供连续稳定的电能。在新能源联合供电系统和电动汽车的电气架构中，采用隔离型多端口直流变换器(Multi-ports DC-DC Converter, MPC)连接系统中不同电压等级的源或负载，可使系统结构简化、成本降低。为进一步提高系统的功率密度，还需实现变换器中开关管的软开关，以此降低开关管损耗，提高变换效率。本文正是围绕MPC的软开关技术开展研究的。由双向桥式变换器衍生而来的三端口桥式(Triple acitive bridge, TAB)变换器是一种典型隔离型MPC拓扑，但其输入输出电流脉动较大。为此本文在提出Boost型双向直流变换器的基础上，进一步提出Boost型TAB变换器，这两种变换器具有可实现软开关和控制简单等优点，同时适用于要求输入输出电流脉动较小的应用场合。本文基于新能源联合供电系统和电动汽车供电系统，在双向直流变换器的分析基础上，对TAB变换器和Boost型TAB变换器的软开关技术展开了详细的研究。论文分析了变换器的工作原理，详细讨论了开关管电压和电流在开关过程中的变化情况，并据此推导出在考虑结电容影响时各变换器开关管实现零电压开关的条件。最后，分别通过两台1kW和1.2kW的原理样机以及一个1.2kW的仿真模型对本文的理论分析进行了实验和仿真验证。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-11
第一章 绪论  11-20
  1.1 能源现状  11-12
  1.2 新能源联合供电系统和电动汽车的电气架构  12-13
    1.2.1 传统电气架构  12-13
    1.2.2 采用多端口直流变换器的电气架构  13
  1.3 多端口直流变换器  13-18
    1.3.1 多端口直流变换器分类  13-15
    1.3.2 隔离型多端口桥式直流变换器  15-18
  1.4 本文的研究内容及意义  18-20
    1.4.1 研究内容  18
    1.4.2 研究意义  18-20
第二章 双向桥式直流变换器的软开关分析  20-37
  2.1 引言  20
  2.2 DAB 变换器  20-21
  2.3 Boost 型 DAB 变换器  21-23
    2.3.1 变换器拓扑  21-22
    2.3.2 稳态分析  22-23
  2.4 ZVS 分析  23-32
    2.4.1 理想条件下变换器的 ZVS 分析  24-25
    2.4.2 考虑结电容影响时变换器的 ZVS 分析  25-32
  2.5 实验验证  32-35
    2.5.1 高频变压器设计  32
    2.5.2 电感设计  32-33
    2.5.3 功率管的选取  33
    2.5.4 实验波形  33-35
  2.6 本章小结  35-37
第三章 三端口桥式直流变换器的软开关分析  37-56
  3.1 引言  37
  3.2 工作原理  37-40
    3.2.1 变换器拓扑结构和控制方式  37-39
    3.2.2 稳态分析  39-40
  3.3 ZVS 分析  40-50
    3.3.1 理想条件下 ZVS 分析  40-43
    3.3.2 考虑结电容影响时 ZVS 分析  43-50
  3.4 实验验证  50-55
    3.4.1 高频变压器设计  51
    3.4.2 电感设计  51-52
    3.4.3 功率管的选取  52
    3.4.4 实验波形  52-55
  3.5 本章小结  55-56
第四章 Boost 型三端口桥式直流变换器的软开关分析  56-77
  4.1 引言  56
  4.2 工作原理  56-59
  4.3 ZVS 分析  59-64
    4.3.1 理想条件下 ZVS 分析  59-60
    4.3.2 考虑结电容影响时 ZVS 分析  60-64
  4.4 简化的 Boost 型 TAB 变换器  64-69
    4.4.1 稳态分析  64-65
    4.4.2 考虑结电容影响时的 ZVS 分析  65-69
  4.5 仿真验证  69-75
    4.5.1 高频变压器设计  70
    4.5.2 电感设计  70-71
    4.5.3 仿真波形  71-75
  4.6 本章小结  75-77
第五章 结束语  77-78
  5.1 本文的主要工作  77
  5.2 下一步要完成的工作  77-78
参考文献  78-82
致谢  82-83
攻读硕士学位期间所发表的论文  83

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中图分类: > 交通运输 > 公路运输 > 汽车工程 > 各种汽车 > 各种能源汽车 > 电动汽车
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