双向全桥DCDC变换器研究资料下载.pdf

1、电工理论与新技术指导教师：孙频东;居荣20070429摘要双向D C D C 变换器（B i d i r e c t i o n a lD C D CC o n v e r t e r s）是能够根据需要调节能量双向传输的直流到直流的变换器。主要应用于直流不停电电源系统、航天电源系统、直流电机驱动系统、混合能源电动汽车等场合。本文中从双向D C D C 变换器基本变换单元入手，分析了多种新型软开关双向D C D C 变换器基本单元的原理。根据不同的变换器拓扑构成和控制原理，提出了一种新型软开关双向D C D C 变换器的控制策略。因为全桥变换器有四个开关管分为两个桥臂，在控制方式上更加灵活多样

2、，可以方便地实现开关管的软开通和软关断，使变换器的开关频率提高体积缩小；所以本题目的双向D C-D c 变换器采用全桥拓扑结构。在变换器的两个桥式电路中间使用一个隔离变压器，在不增加电路器件的情况下，实现电能的双向传递，有效地降低了设备的体积，提高了效率。通过双向D C D C 变换器的实例详细说明变换器的工作原理。进行了建模分析，给出了仿真结果和实验结果关键词：双向D C，D c 变换、仿真、电路设计A b s t r a c tB i d i r e c t i o n a lD C-D Co o n v e r t e r sa l l o wt h et r a n s f e ro

3、f p o w e rb e t w e e nt w oD CS O U l C e si ne i t h e rd i r e c t i o n T h e ya r cu s e di na p p l i c a t i o n ss u c ha sD Cu n i n t e r r u p t i b l ep o w e rs u p p l i e s，a e r o s p a c ep o w e rs y s t e m s，D Cm o t o rd r i v es y s t e m s,a n dh y b r i d-e n e r g ye l e c

4、t r i cv e h i c l e s S e v e r a lf u n d a m e n t a lb i d i r e c t i o n a lc o n v e r t e ru n i t sa r ei n t r o d u c i n gf i r s t,a n dt h e nt h es p e c i f i c a t i o n so ft h ep r i n c i p l eo ft h e s es o Rs w i t c h i n gb i d i r e c t i o n a lu n i t sa r ed i s c u s s

5、e d I nt h i sd i s s e r t a t i o nan c wc o n t r o lm e t h o df o rb i d i r e c t i o n a lD C-D Cc o n v e r t e ri sp r o p o s e da c c o r d i n gt ot h ed i f f e r e n tt o p o l o g i e sa n dc o n U o lt h e o r i e s T h e r ea r cf o u rs w i t c h e r si nf u l lb r i d g et o p o l

6、 o g y,i ti se a s yt oi m p l e m e n td i f f e r e n tc o n t r o ls c h e m ea n dr e a l i z es o f ts w i t c h i n g T h e s ea d v a n t a g e sm a k et h ep r o d u c ts m a l l e r W h e nw o r k i n gu n d e rs o f ts w i t c h i n gc o n d i t i o n st h ed e v i c ec a nw o r ka th i g

7、hf r e q u e n c yw i t hp e r f e c te f f i c i e n c y,S ot h en e wc o n t r o lm e t h o di sr e a l i z e di nf u l lb r i d g et o p o l o g y W i t h 锄i s o l a t e dt r a n s f o r m e rb e t w e e nt h ep f i I m 旷yb r i d g ea n dt h es c c o n d a r yb r i d g e,t h ep o w e r 啪f l o wi

8、ne i t h e rd i r e c t i o nw i t h o u te x t r ad e v i c e T h e nt h ec o f l v e r t e rc a nb el n a d ew i t hh i g he f f i c i e n ta n dm o l ec o m p a c t S o m eD C-D Cc o n v e r t e re x a m p l e sa r eg i v e nt oe x p l a i nt h ec o n v e r t e r sw o r k i n gp r i n c i p l e T

9、 h ec i r c u i tm o d e s 1 i eb u i I t,t h er e s u l to f t h es i m u l a t i o na n de x p e r i m e n ta r ca l s op r e s e n t e c LK e y w o r d s：B i d i r e c t i o n a lD C D CC o n v e r t e r s,S i m u l a t i o n,C i r c u i td e s i g nI I 图形目录图1 1 单向D C I X；变换器功能框图图1 2 双向I X：D c 变换

10、器功能框图图1 3 直流基本变换单元图I 4 单向B o o s t D C-D C 变换器图1 5 双向B o o s t B u c kD C-D C 变换器图1 6 直流不停电电源系统图I 7 航天直流电源系统图1 8 双向直流变换器驱动直流电动机图1 9 低感抗直流电机驱动与再生制动系统图1 1 0 燃料电池电动汽车电力驱动系统图I i l 喜流功率放大器222346679991 0图1 1 2 单向D C D C 基本变换器族图1 1 3 双向D C-D C 基本变换器族。图1 1 4B u c k-B o o s t 级联型双向D C-D C 变换器图1，1 5 反激式双向D C-

11、D C 变换器图1 1 6 推挽式双向D C D C 变换器图1 1 7 相移控制零电压开关桥式双向D C-D C 变换器图1 1 8 电流馈桥式双向D C-D C 变换器图1 1 9 半桥，推挽型双向I X：D C 变换器图1 2 0 串并快恢复二极管的B o o s t B u c k 双向D C-D C 变换器图1 2 1Z C S Z V S S C y RB u c k B o o s t 双向D C D c 变换器图1 2 2Z C S Z V S-S C y RB u c k B o o s t 变换器原理波形图1 2 3 单周谐振双向D C-D C 基本变换单元图1 2 4 准

12、谐振双向D C-D C 变换器圈1 2 5 准谐振双向D C D C 基本变换单元l ll ll l1 21 31 31 41 41 4图1 2 6C F-Z V S-M RB t 垃k B o o s t 双向D C-D C 变换器1 5图1 2 7 多谐振双向D C D C 基本变换单元1 5图I 2 8 准方波零电压开关技术图1 2 9 一种应用无源缓冲器的桥式双向D C D C 变换器图L3 0 零电压转换双向D C D C 变换器。图1 3 I 零电流转换双向D c D C 变换器图I 3 2 Z C S 反激式双向D C-D C 变换器图1 3 3 有源钳位双向1 3（2 一D C

13、 变换器图1 3 4 一种混合型软开关双向D C D c 变换器图2 1P W M 开关波形图2 2 谐振开关波形图2 3D c D c 双向变换电路结构图图2 4D C D C 双向变换主电路原理图1 51 61 71 71 71 81 8圈2 5 能量从低压向高压流动时的门极控制脉冲图2 6 能量从低压向高压流动时变压器右侧电压、电流波形2 32 3图2 7 能量从低压向高压传送过程中各阶段等效电路图2 8 能量从高压向第压流动时的门极控制脉冲图2 9 脉冲之间设置死区。2 7图2 1 0 电流i L k 临界连续波形2 7图3 i 电力电子系统结构。2 9图3 2D C-D C 变换器反

14、馈控制系统3 0图3 3B u c k-B o o s t 变换器及其工作状态分析3 2图3 4B u c k-B o o s t 变换器线性化小信号交流模型的三个等效子电路4 l图3 5B u c k-B o o s t 变换器小信号交流等效电路4 l图3 6B u c k 变换器小信号交流等效电路4 2图3 7B o o s t 变换器小信号交流等效电路4 2图4 1D C D C 变换器的几种基本电路模型图4 2B u c k 电路的M A T L A B 仿真模型和仿真波形图4 3B o o s t 电路的M A T L A B 仿真模型和仿真波形图4 4 反极性电路的M A T L

15、A B 仿真模型和仿真波形。图4 5 双向B o o s t B u c kD C-D C 变换器4 34 54 64 74 8图4 6 双向B o o s B u c kD C D C 变换器的M A T L A B 仿真模型4 8图4 7 双向B o o s t B u c k D C D C 变换器工作于升压时输出电压的波形一图4 8 双向B o o s t B u c k D C-D C 变换器工作于降压时输出电压的波形图4 9 双向桥式D C-D C 变换器的M A T L A B 仿真模型图4 1 0 各个开关管的控制脉冲图4 1 1 变压器一次侧仿真波形图4 1 2 变压器二次侧

16、仿真波形图4 1 3 输出电压波形。图5 1 控制程序流程图图5 2 驱动器E X B 8 4 1 内部电路原理图图5 3I R 2 1 1 0 内部电路原理图图6 1 高频变压器一次侧波形图6 2 高频变压器二次侧波形图6 3 提升脉冲波形图6 4 提升前负载电压图6 5 提升后负载电压图6 6 实验模型电路6 46 46 4盼如钉钉记钇转毋矾学位论文独创性声明本人郑重声明：l、坚持以“求实、创新”的科学精神从事研究工作。2、本论文是我个人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果。3、本论文中除引文外，所有实验、数据和有关材料均是真实的。4、本论文中除引文和致谢的内容外，不包含其他人或其它机构已经发表或撰写过的研究成果。5、其他同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了声明并表示了谢意。作者签名：。之氨明日期：红醢生缉学位论文使用授权声明c 本人完全了解南京师范大学有关保留、使用学位论文的规定，学校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版和纸质版；有权将学位论文用于非赢利目的的少