学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

直流变换器的三电平拓扑及其控制

作　者: 马运东
导　师: 严仰光
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 直流变换器半桥变换器单管变换器推挽变换器全桥变换器三电平三电平拓扑变换软开关零电压开关零电压零电流开关脉宽调制交错开关方式移相控制最佳开关方式
分类号: TM464
类　型: 博士论文
年　份: 2003年
下　载: 1191次
引　用: 12次
阅　读: 论文下载

内容摘要

直流变换器的三电平拓扑变换是一种通过增加开关管的数量来降低变换器中每只开关管电压应力的方法。应用这种方法，可以拓宽各种直流变换器的应用范围，使之应用于输入电压或(和)输出电压更高的场合。本文首先归纳了文献中提到的几种三电平直流变换器，从中总结出了一种三电平拓扑的基本变换方法，应用这种基本方法及其改进方法得到了其它一些直流变换器的三电平拓扑。分析表明，由于单管直流变换器结构的不对称性，无法使用基本变换方法对其进行三电平拓扑变换。对基本方法进行改进，提出了适合6种单管直流变换器的三电平拓扑变换方法，成功地得到了其三电平拓扑，开关管的电压应力降为原来的一半；经过对这些三电平拓扑控制策略的深入研究，详细论述了交错开关方式可以最大幅度地减小电感的电流脉动，从而可以在电流脉动要求相同的情况下减小电感的设计值。传统的推挽直流变换器存在一些问题，诸如：开关管电压应力高、很难实现软开关、变压器容易出现偏磁现象等。应用三电平拓扑的基本变换方法，经过对该拓扑结构的特殊变换，得到了推挽三电平直流变换器的拓扑，其开关管的电压应力为输入电压，与传统推挽直流变换器相比，电压应力降低了一半。在对其控制策略的研究中，找出了可以实现软开关的方案；同时提出了超前管和滞后管的概念，根据滞后管实现软开关的方式，将变换器的软开关方式分为两类：零电压开关方式和零电压零电流开关方式。这两种方式均可以解决传统推挽直流变换器存在的偏磁问题。全桥直流变换器由于结构上的优势在中大功率的开关电源中应用较多。应用三电平拓扑变换的基本方法，直接得到了全桥三电平直流变换器的拓扑结构，使其开关管的电压应力降到输入电压的一半，进一步拓宽了全桥直流变换器的应用范围。全桥三电平直流变换器由于开关管较多，蕴含多种开关方式。如何选出最佳开关方式是变换器可靠、高效工作的关键。本章提出了最佳开关方式的筛选条件，并依此筛选出了一种最佳开关方式，该方式可以达到功率传递最大、电感电流脉动最小、开关管实现零电压开关等三个目标。为了消除整流二极管反向恢复引起的电压尖峰，提出了改进措施，增加了箝位二极管，并进行了实验验证。研究结果表明，本文提出的三电平拓扑变换方案合理，针对各种三电平拓扑寻找到的控制策略可以解决变换器存在的某些问题或使变换器表现出更突出的优势：例如针对单管直流变换器三电平拓扑的控制策略可以减小电感的设计值，针对推挽直流变换器三电平拓扑的控制策略可以实现开关管的软开关、解决变压器偏磁问题等，针对全桥直流变换器三电平拓扑的控制策略可以减小电感的设计值、实现开关管的软开关等。

全文目录

第一章绪论  12-26
  1.1 TL逆变器的提出  12-13
  1.2 TL变换器的提出、发展及国内外研究现状  13-19
    1.2.1 TL变换器的提出  13
    1.2.2 TL变换器的发展  13-17
    1.2.3 TL变换器的推导过程  17
    1.2.4 国内外对TL变换器的研究现状  17-19
  1.3 本课题的研究内容及意义  19-20
    1.3.1 研究内容  19
    1.3.2 研究意义  19-20
  1.4 小结  20
  参考文献  20-26
第二章直流变换器的TL拓扑变换  26-38
  2.1 基本的TL拓扑变换方法  26-27
  2.2 单管直流变换器的TL拓扑变换  27-34
    2.2.1 Buck TL变换器的拓扑变换  27-28
    2.2.2 Boost TL变换器的拓扑变换  28-29
    2.2.3 Buck-Boost TL变换器的拓扑变换  29-30
    2.2.4 Cuk TL变换器的拓扑变换  30-31
    2.2.5 Sepic TL变换器的拓扑变换  31-33
    2.2.6 Zeta TL变换器的拓扑变换  33-34
    2.2.7 单管直流变换器拓扑变换的异同  34
  2.3 推挽直流变换器的TL拓扑变换  34-35
  2.4 全桥直流变换器的TL拓扑变换  35-37
  2.5 小结  37
  参考文献  37-38
第三章单管直流变换器TL拓扑的控制策略  38-52
  3.1 单管直流变换器TL拓扑的开关方式  38-41
    3.1.1 移相角与输出电压的关系  38-40
    3.1.2 移相角与电感电流脉动的关系  40-41
  3.2 单管变换器TL拓扑在不同开关方式下电感电流脉动比较  41-49
    3.2.1 Buck TL变换器  42-43
    3.2.2 Boost TL变换器  43-46
    3.2.3 Buck-Boost TL变换器  46-49
    3.2.4 Cuk、Sepic、Zeta TL变换器  49
  3.3 交错开关方式下变换器中电容的均压  49-50
  3.4 小结  50-51
  参考文献  51-52
第四章推挽TL变换器的控制策略及工作原理  52-83
  4.1 推挽TL变换器的PWM控制策略  52-54
  4.2 超前管和滞后管的软开关实现  54-55
    4.2.1 超前管的软开关实现  54
    4.2.2 滞后管的软开关实现  54-55
    4.2.3 软开关PWM推挽TL变换器的分类  55
  4.3 ZVZCS PWM推挽TL变换器  55-65
    4.3.1 开关管的控制方式  56-57
    4.3.2 电流复位的实现  57-58
    4.3.3 工作原理分析  58-62
    4.3.4 实现软开关的条件以及阻断电容的选择  62-63
    4.3.5 实验验证  63-65
  4.4 ZVS PWM推挽TL变换器  65-73
    4.4.1 实现ZVS的条件  65
    4.4.2 ZVS PWM推挽TL变换器的控制方式  65-66
    4.4.3 工作原理分析  66-70
    4.4.4 开关管实现ZVS、占空比丢失及联接电容的设计原则  70-71
    4.4.5 实验验证  71-73
  4.5 带有箝位二极管的ZVS推挽TL变换器  73-81
    4.5.1 工作原理分析  73-80
    4.5.2 实验验证  80-81
  4.6 小结  81-83
第五章全桥TL变换器的控制策略及工作原理  83-108
  5.1 全桥TL变换器的最佳开关方式  83-88
    5.1.1 最佳开关方式的条件  83-84
    5.1.2 基于A、B两点电势波形相同的一族开关方式  84-86
    5.1.3 最佳开关方式  86-87
    5.1.4 变换器在最佳开关方式下的特征  87-88
  5.2 ZVS PWM全桥TL变换器  88-96
    5.2.1 软开关实现  88
    5.2.2 工作原理分析  88-94
    5.2.3 谐振电感的设计及占空比丢失  94-95
    5.2.4 实验验证  95-96
  5.3 带有箝位电路的ZVS全桥TL变换器  96-107
    5.3.1 工作原理分析  97-105
    5.3.2 实验验证  105-107
  5.4 小结  107
  参考文献  107-108
第六章工作总结与展望  108-110
攻读博士学位期间撰写的论文  110-111
致谢  111

直流变换器的三电平拓扑及其控制

内容摘要

全文目录

相似论文