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单原边绕组电流源型双向多输入全桥变换器的研究

作　者: 王蕾
导　师: 王勤
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 电机与电器
关键词: 新能源联合供电系统 双向多输入直流变换器 单原边绕组 双向脉冲电流源单元
分类号: TM46
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


新能源的有效利用可以减缓能源危机、减少环境污染，但是，新能源本身存在很多局限性，因此需要利用多种能源之间的互补性，构成新能源联合发电系统来获得较为稳定的电力输出。在新能源联合供电系统中，用一个多输入直流变换器(Multiple-Input Converter，MIC)代替传统联合供电系统中的多个单输入直流变换器，可以简化系统结构、降低系统成本。本文重点研究了单原边绕组电流源型双向全桥MIC的电路拓扑。目前已有的双向MIC电路拓扑按照电路的连接方式大致可以分为电线耦合型、磁耦合型和综合型三种。其中电线耦合型的双向MIC电路拓扑简单，易于控制，应用的灵活性较高，但是电路中缺少电气隔离，在输入输出电压相差很大的场合时便无法使用；磁耦合型的双向MIC是利用磁耦合来实现具有电气隔离的电能变换，因此合理选取变压器原副边匝数比就能够实现多个不同电压等级电源间的互连，应用范围较广，但是随着输入源数量的增加，原边绕组随之增加，所需功率管数量大量增加，会导致结构复杂、控制困难、成本增加等问题。综合型的双向MIC结合了前两种双向MIC的优点，使用的范围更广。本文采用电流源型双向脉冲源单元的并联组合直接替代单输入双向全桥变换器输入源的方法，提出了一族单原边绕组电流源型双向全桥MIC变换器。它属于综合型的双向MIC，与电线耦合型的双向MIC电路拓扑相比，它实现了输入到输出的电气隔离，能适用于电压等级较高的场合；与磁耦合型的双向MIC相比，它结构简单，控制灵活，功率器件大为减少，仅需要一个原边绕组，减小了变压器的漏感。由双向脉冲电流源单元的并联组合构成的双向MIC既可以实现输入源同时或分时向负载传输能量，又可以实现负载反馈能量。变换器前级采用电流源型的结构，输入电流连续且脉动小，可有效延长光伏电池、燃料电池等的使用寿命。本文以Boost型双向脉冲电流源单元的并联组合直接替代单输入双向全桥变换器的输入源构成的Boost型单原边绕组电流源型双向双输入全桥DC-DC变换器为例，详细介绍了它的工作原理，并对其工作模态作了详尽的分析。最后讨论了该变换器的参数设计，并研制完成了一台1000W的原理样机，验证了理论分析的正确性。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-12
第一章 绪论  12-20
  1.1 新能源的开发与利用  12-13
    1.1.1 新能源的开发潜力  12-13
    1.1.2 新能源联合供电系统  13
  1.2 多输入 DC-DC 变换器的研究现状  13-17
  1.3 多输入 DC-DC 变换器的分类  17-18
  1.4 本文的主要研究内容及意义  18-20
    1.4.1 研究内容  18
    1.4.2 研究意义  18-20
第二章 单原边绕组电流源型多输入双向全桥变换器的拓扑推导  20-26
  2.1 引言  20
  2.2 单输入双向全桥 DC-DC 变换器  20-21
  2.3 双向脉冲源单元  21-23
    2.3.1 双向脉冲源单元分类  21-22
    2.3.2 电流源型双向脉冲源单元组合原则  22-23
  2.4 单原边绕组电流源型双向全桥 MIC 的拓扑推导  23-25
  2.5 本章小结  25-26
第三章 Boost 型单原边绕组双输入双向全桥 DC-DC 变换器  26-40
  3.1 引言  26
  3.2 Boost 型单原边绕组双输入双向全桥 DC-DC 变换器的电路拓扑  26-27
  3.3 变换器的工作模式分析  27-28
  3.4 变换器的工作过程分析  28-36
    3.4.1 变压器正向工作模式  29-33
    3.4.2 变压器反向工作模式  33-36
  3.5 隔离型 Boost 变换器的起动问题  36-39
  3.6 本章小结  39-40
第四章 变换器的设计及仿真、实验验证  40-58
  4.1 引言  40-41
  4.2 变压器设计  41-42
    4.2.1 变压器匝比  41
    4.2.2 磁芯选择  41
    4.2.3 原副边匝数的确定  41
    4.2.4 绕组线径的确定  41-42
    4.2.5 窗口面积核算  42
  4.3 电感设计  42-45
    4.3.1 电感值的选取  42-43
    4.3.2 电感的设计  43-45
  4.4 电容设计  45
  4.5 功率管  45-46
  4.6 二极管的选择  46
  4.7 MOS 管驱动电路的设计  46-50
    4.7.1 脉冲源单元驱动信号的产生  46-48
    4.7.2 主变换器驱动信号的产生  48
    4.7.3 驱动隔离电路  48-50
    4.7.4 驱动时钟信号电路的设计  50
  4.8 系统的仿真与实验验证  50-57
    4.8.1 仿真验证  50-54
    4.8.2 实验验证  54-57
  4.9 本章小结  57-58
第五章 工作总结与展望  58-60
  5.1 本文的主要工作  58
  5.2 下一步要完成的工作  58-60
参考文献  60-64
致谢  64-65
在学期间的研究成果及发表的学术论文  65

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 变压器、变流器及电抗器 > 变流器
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