二次型開關(guān)DCDC變換器研究

1、國內(nèi)圖書分類號： 密級：公開國際圖書分類號： 西南交通大學(xué) 碩士研究生學(xué)位論文 二次型開關(guān)變換器研究 年 級 三莖委扛級 姓 名 莊圭玉 申請學(xué)位級別 工堂亟± 專 業(yè)魚杰皇王皇電左焦麴 指導(dǎo)教師 迕建堊麴援 二零一二年五月 一苓一一平丑月： 烈 汀 ： ： 而 ： 時： 、，： ， 權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保存、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保存并、向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)面南交通大學(xué)可以將本論文的全部或局部內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)印手段保存和匯編本學(xué)位論文。 本學(xué)位論文屬于 保密口，在

2、年解密后適用本授權(quán)書； 不保密百，使用本授權(quán)書。 請在以上方框內(nèi)打“ 學(xué)位論文作者簽名：毒七、甚 指導(dǎo)老師簽名： 日期： 沙 年廠月日 日期：加湃月日 西南交通大學(xué)碩士學(xué)位論文主要工作奉獻聲明 本人在學(xué)位論文中所做的主要工作或奉獻如下： 一、在深入了解傳統(tǒng)級聯(lián)開關(guān)變換器及單開關(guān)級聯(lián)開關(guān)變換器根底上，針對二次型開關(guān)變換器，以二次型變換器為例，詳細分析了模式二次型變換器及模式二次型變換器的工作原理，并建立其狀態(tài)空間等效模型。在此根底上，進一步分析了變換器主電路參數(shù)之間的關(guān)系及電路參數(shù)的選取方法。 二、在分析二次型變換器數(shù)學(xué)模型的根底上，以電壓型控制二次型變換器為例，分析了二次型變換器的穩(wěn)態(tài)特性及瞬

3、態(tài)特性。比照分析了電壓型控制變換器及電壓型控制二次型變換器的穩(wěn)態(tài)特性、瞬態(tài)特性及紋波特性。 三、論文針對電壓型控制二次型變換器存在的問題，進一步研究了控制技術(shù)在二次型變換器中的應(yīng)用。分析了控制二次型變換器的穩(wěn)態(tài)特性及瞬態(tài)特性。最后通過仿真及實驗驗證了理論分析的正確性。 本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是在導(dǎo)師指導(dǎo)下獨立進行研究工作所得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體己經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。對本文的研究做出奉獻的個人和集體，均已在文中作了明確說明。本?送耆私馕瓷鮮鏨魎鸕囊磺蟹稍鶉謂殺救順械！?學(xué)位論文作者簽名：蘆愨伊 日期：汐埤歲月。弓日 西南交通大學(xué)碩士研

4、究生學(xué)位論文 第頁舅曼量量舅舅舅曼置蔓曼曼曼曼曼曼曼曼皇曼鼉曼曼曼曼曼蔓皇曼曼曼鼉皇曼曼曼皇皇曼曼罡皇皇曼曼皇曼皇皇曼曼曼曼曼曼曼曼曼皇曼曼皇曼曼曼曼舅曼曼曼曼量曼皇曼皇皇！曼曼曼 摘 要 隨著新能源應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓寬，新能源開發(fā)技術(shù)要求開關(guān)變換器具有寬輸入電壓范圍。一種拓寬變換器輸入電壓范圍的有效方法是采用變換器級聯(lián)技術(shù)，即用兩個或更多的變換器進行級聯(lián)。但是，該方法雖然可以拓寬變換器的輸入電壓范圍，卻增加了開關(guān)管的數(shù)量，增加了功率開關(guān)管的損耗，導(dǎo)致變換器整體工作效率的降低。二次型開關(guān)變換器因其僅采用一個功率開關(guān)管實現(xiàn)變換器的級聯(lián)，不僅拓寬 了變換器的輸入電壓范圍，還減少了功率開關(guān)管的應(yīng)用，提高

5、了變換器的整體工作效率并減少了驅(qū)動電路，得到了廣泛的應(yīng)用。 在深入了解傳統(tǒng)級聯(lián)開關(guān)變換器及單開關(guān)級聯(lián)開關(guān)變換器的根底上，針對二次型開關(guān)變換器，以二次型變換器為例，詳細分析了連續(xù)導(dǎo)電模式州 ，二次型變換器及不連續(xù)導(dǎo)電模式 ，二次型變換器的工作原理，并建立其狀態(tài)空間咖舀等效模型。在此根底上，還進一步分析了變換器主電路參數(shù)之間的關(guān)系及電路參數(shù)的選取方法。 在分析二次型變換器數(shù)學(xué)模型的根底上，以電壓型魄 廿，控制二次型變換器為例，分析了二次型變換器的穩(wěn)態(tài)特性及瞬態(tài)特性。比照分析了電壓型控制變換器及電壓型控制二次型變換器穩(wěn)態(tài)特性、瞬態(tài)特性及紋波特性。 論文針對電壓型控制二次型變換器存在的問題，進一步研究

6、了脈沖序列 洳，控制技術(shù)在二次型變換器中的應(yīng)用。分析了控制二次型變換器的穩(wěn)態(tài)特性及瞬態(tài)特性。最后通過仿真及實驗驗證了理論分析及所建模型的正確性。 關(guān)鍵詞：二次型開關(guān)變換器；寬輸入電壓范圍；不連讀導(dǎo)電模式；狀態(tài)空間等效模型；脈沖序列控制 ，也 懿 印 姍 切仃衙謝 鈕既 撕 謝?簦悖瑁椋睿? 豁 哦既 、析 ·： 也 ， 街 趾 血 ！ 鋤 】州 唧 甜 岣 酣 出撕 嘶 鋤 ，鋤 耐 砸匆也 仃 叭 姐 出 蒯 鰍 仃劬 切 仃 仃 貿(mào) 枷 們 ，仃咖仃： 臼 ： 也 咖 嘶 缸 鋤： 吼； 切 砌； 嘶 ；· 百 ；仃仃 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第頁 目 錄第章緒

7、論： 引言 級聯(lián)開關(guān)變換器概述 傳統(tǒng)級聯(lián)開關(guān)變換器。 單開關(guān)級聯(lián)開關(guān)變換器 二次型開關(guān)變換器 二次型開關(guān)變換器控制方法概述 論文的主要工作第章二次型開關(guān)變換器建模 引言? 模式二次型變換器建模 模式工作模態(tài)工作原理分析 模式工作模態(tài)工作原理分析 模式工作模態(tài)工作原理分析 模式二次型變換器狀態(tài)空間等效模型 模式二次型變換器建模 模式工作模態(tài)工作原理分析 模式工作模態(tài)工作原理分析 模式工作模態(tài)工作原理分析 模式二次型變換器狀態(tài)空間等效模型 變換器工作模態(tài)驗證 模型參數(shù)分析 仿真結(jié)果。 實驗結(jié)果 小結(jié)第章電壓型控制二次型開關(guān)變換器 引言： 電壓型控制方法分析 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第頁 電

8、壓型控制原理分析 電壓型控制方法設(shè)計步驟 補償網(wǎng)絡(luò)的選擇 仿真結(jié)果。 變換器穩(wěn)態(tài)及瞬態(tài)仿真 輸出電壓紋波分析 小結(jié)一第章控制二次型開關(guān)變換器 引言 控制技術(shù)分析 。 控制框圖分析 控制脈沖序列組合分析 控制二次型 變換器 仿真結(jié)果 脈沖序列組合仿真 。 控制變換器穩(wěn)態(tài)仿真結(jié)果 控制變換器瞬態(tài)仿真結(jié)果 比照分析電壓型控制及控制 小結(jié)第章實驗結(jié)果分析 電壓型控制二次型 變換器實驗結(jié)果 控制二次型 變換器實驗結(jié)果一 比照實驗結(jié)果結(jié) 論致謗參考文獻攻讀碩士期間發(fā)表的論文及科研成果。 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第頁量曼曼曼曼皇璺曼鼉曼曼量皇皇蔓曼曼曼曼曼曼曼鼉鼉蔓曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼鼉曼皇皇鼉曼曼

9、曼曼曼曼皇量曼曼曼！曼皇曼曼曼曼曼皇暑皇曼曼量皇曼曼皇曼曼曼曼曼曼量皇曼 第章緒論 引言 近年來，受全球氣候變化及石油價格上漲的影響，新能源的利用和開發(fā)越來越受 到國際社會的重視，也逐漸成為我國可持續(xù)開展的重要戰(zhàn)略。太陽能、風(fēng)能、氫能等 新能源清潔無污染、再生周期短且儲量豐富，假設(shè)合理利用，能有效的解決能源危機問 題。例如，每年太陽投射到地面的輻射能達×千瓦時×，相當(dāng)于 ×億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。按照目前太陽質(zhì)量的消耗速率計，可以維持億年；中國的風(fēng) 能有廣闊的開發(fā)前景，總儲量約為×千瓦，列世界第三位；氫是一種二次能源， 在地球上的儲量極為豐富。采用氫氧燃料電池發(fā)電，

10、其能量轉(zhuǎn)換效率遠優(yōu)于現(xiàn)有的火 力發(fā)電廠。隨著制氫技術(shù)和貯氫手段的進步及完善，燃料電池發(fā)電也將在世紀(jì)的 能源舞臺上大展風(fēng)采。 隨著新能源應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓寬，新能源開發(fā)技術(shù)的研究越來越受到廣闊科研工 ，作者的關(guān)注，開關(guān)變換器被廣泛應(yīng)用在太陽能、風(fēng)能及燃料電池等新能源發(fā) 電系統(tǒng)中。在太陽能發(fā)電系統(tǒng)中，光伏電池輸出功率主要受太陽輻射強度和電池溫度 影響，電池的短路電流受太陽輻射強度影響，電池的開路電壓受電池溫度影響。在不 同太陽輻射強度和溫度下，光伏電池的最大功率點所處位置是不同的。通過調(diào)節(jié)太陽 能發(fā)電系統(tǒng)中開關(guān)變換器的占空比，可以使光伏電池的輸出功率始終維持在 最大功率點附近，從而有效的提高太陽能發(fā)

11、電系統(tǒng)的發(fā)電效率吲。風(fēng)力發(fā)電環(huán)境多 樣，風(fēng)力大小及風(fēng)速快慢會造成發(fā)電機輸出特性有寬范圍的變化。對于電網(wǎng)附近的風(fēng) 力發(fā)電站，可以采用風(fēng)力發(fā)電機與電網(wǎng)并聯(lián)運行的方式，通過電網(wǎng)來補償及調(diào)節(jié)不同 環(huán)境下風(fēng)力發(fā)電機的輸出，但在無大容量電網(wǎng)存在的沙漠、海島、高山等應(yīng)用環(huán)境下 只能采用小型的獨立風(fēng)力發(fā)系統(tǒng)供電，而對這種小型獨立風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)采用直流供電 方式；同時采用組蓄電池調(diào)節(jié)電能供給和存儲。由于受風(fēng)速的影響，風(fēng)力發(fā)電機 輸出功率的最大功率點是不同的，通過調(diào)節(jié)小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中開關(guān)變換器 的占空比，可以使其輸出功率始終維持在最大功率點附近，從而有效的提高小型風(fēng)力 發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電效率【】。在燃料電池供電系統(tǒng)中

12、，由于受電池極化作用的影響，燃料 電池負載電流變化并導(dǎo)致其輸出電壓呈現(xiàn)寬范圍的波動，同時導(dǎo)致后級逆變器的控制 過程復(fù)雜【。通過開關(guān)變換器改良燃料電池的偏軟輸出特性，可以改善燃料 電池輸出功率的質(zhì)量【。由于太陽能、風(fēng)能及燃料電池等新能源的輸出電壓存在寬范 圍的波動，所以新能源供電系統(tǒng)中開關(guān)變換器輸入電壓均為寬變化范圍的直 流電壓。因此，研究分析寬輸入電壓范圍的開關(guān)變換器具有重要意義。 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第頁級聯(lián)開關(guān)變換器概述 開關(guān)?茫模變換器的主要特點是采用功率器件作為開關(guān)管，將一種直流電源形態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N直流電源形態(tài)【刀。其利用電感元件和電容元件的儲能特性，隨著功率開關(guān)管不停地關(guān)

13、斷與導(dǎo)通，使具有較大電壓波動的直流電源能量斷續(xù)地通過功率開關(guān)管，以磁能的形式存儲在電感中，經(jīng)電容濾波后得到連續(xù)的能量并傳遞給負載，得到電壓波動較小的直流電源，實現(xiàn)變換【。如圖所示為四種根本的開關(guān)變換器拓撲：降壓型、升壓型、一升降壓型反轉(zhuǎn)型和電路。 圪 出 圪 出 一 圖開關(guān)變換器根本拓撲結(jié)構(gòu) 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)和燃料電池系統(tǒng)中的開關(guān)變換器輸入電壓均為寬變化范圍的直流電壓，假設(shè)采用上述四種根本的開關(guān)變換器拓撲結(jié)構(gòu)進行電壓轉(zhuǎn)換，為使變換器在較寬輸入電壓范圍內(nèi)保持輸出電壓恒定，需要使占空比在寬范圍內(nèi)波動，導(dǎo)致控制器設(shè)計復(fù)雜，系統(tǒng)穩(wěn)定性較差的問題【一。級聯(lián)開關(guān)變換器通過變換器單元的級聯(lián)，能有效的拓寬變換器的輸入電壓范圍。傳統(tǒng)級聯(lián)開關(guān)變換器 傳統(tǒng)級聯(lián)開關(guān)變換器的主要研究對象是級聯(lián)和級聯(lián)變換器【，。其拓撲結(jié)構(gòu)是在不改變變換器根本拓撲結(jié)構(gòu)的根底上將其進行簡單的級聯(lián)即將上一級變換器單元的輸出端，作為下一級變換器單元的輸入端。傳統(tǒng)級聯(lián)變換器及傳統(tǒng)級聯(lián)變換器拓撲結(jié)構(gòu)如圖所示【。 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第頁 傳統(tǒng)級聯(lián)變換器 傳統(tǒng)級聯(lián)變換器 圖傳統(tǒng)級聯(lián)開關(guān)變換器拓撲結(jié)構(gòu) 圖中，傳統(tǒng)級聯(lián)變換器由級聯(lián)的變換器單元構(gòu)成，級聯(lián)的變換器單元數(shù)越多其輸入電壓范圍越寬。同理，圖中傳統(tǒng)級聯(lián)變換器由級聯(lián)的變換器單元構(gòu)成，級聯(lián)的變換器單元數(shù)越多其輸入電壓范圍越寬。 以級聯(lián)變換器為例，對級聯(lián)開關(guān)變換器電