本文選題：軟開(kāi)關(guān)　切入點(diǎn)：輔助諧振電路　出處：《鄭州大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：近年來(lái),由于國(guó)家能源發(fā)展策略出現(xiàn)新變化,以風(fēng)力發(fā)電、太陽(yáng)能光伏發(fā)電為代表的新能源發(fā)電系統(tǒng)得到國(guó)家政策的大力支持,從裝機(jī)容量方面來(lái)看,其投入力度已經(jīng)達(dá)到世界領(lǐng)先水平。但隨著新能源發(fā)電系統(tǒng)的高速發(fā)展和推廣,其關(guān)鍵設(shè)備開(kāi)關(guān)DC-DC變換器的要求也越來(lái)越高。因此本論文對(duì)于寬輸入范圍特點(diǎn)的高增益軟開(kāi)關(guān)DC-DC變換器展開(kāi)系統(tǒng)地研究工作,可解決風(fēng)力發(fā)電機(jī)、太陽(yáng)能電池陣列等新能源供電裝置提供的輸入電壓等級(jí)低、輸入電壓變化范圍寬、新能源發(fā)電系統(tǒng)能量傳輸效率不穩(wěn)定等問(wèn)題,這具有重要研究意義。本論文介紹了高增益開(kāi)關(guān)DC-DC變換器和軟開(kāi)關(guān)DC-DC變換器的研究現(xiàn)狀,選取了幾種常見(jiàn)的高增益開(kāi)關(guān)DC-DC變換器結(jié)構(gòu)和軟開(kāi)關(guān)DC-DC變換器結(jié)構(gòu),簡(jiǎn)要闡述了各類變換器結(jié)構(gòu)的工作原理,并對(duì)比每類變換器的優(yōu)缺點(diǎn)。經(jīng)比較發(fā)現(xiàn),二次型Boost變換器結(jié)構(gòu)最符合新能源發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用設(shè)備要求。本論文深入分析了二次型Boost變換器結(jié)構(gòu),根據(jù)變換器中兩個(gè)主電感能量變換狀態(tài)的不同,將二次型Boost變換器分為CCM-CCM、CCM-DCM、DCM-CCM和DCM-DCM四種類型。本論文分別對(duì)每類二次型Boost變換器的工作原理、變換器工作特性和能量傳遞模式等方面進(jìn)行了詳細(xì)地理論研究。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn),二次型Boost變換器能夠提供高電壓增益,拓寬輸入電壓范圍,但存在開(kāi)關(guān)損耗較高,電能變換率低等問(wèn)題。為了解決二次型Boost變換器的上述問(wèn)題并維持其優(yōu)勢(shì),本論文設(shè)計(jì)并研究了一種新型輔助諧振軟開(kāi)關(guān)(Auxiliary Resonant Soft-Switching,ARSS)二次型Boost變換器,在基本二次型Boost變換器結(jié)構(gòu)中設(shè)計(jì)了一個(gè)輔助諧振軟開(kāi)關(guān)電路結(jié)構(gòu)。本論文細(xì)致地分析了ARSS二次型Boost變換器的電路結(jié)構(gòu)和基本工作原理,介紹了該變換器在各開(kāi)關(guān)模態(tài)的工作過(guò)程和主要工作波形,并對(duì)變換器開(kāi)關(guān)管通斷關(guān)系、輸出特性、電壓電流應(yīng)力、軟開(kāi)關(guān)條件等進(jìn)行了系統(tǒng)地理論研究。研究結(jié)果表明,ARSS二次型Boost器中主開(kāi)關(guān)和輔助開(kāi)關(guān)能夠在零電壓條件下實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)變換,提高電能變換效率,并且能夠提供比傳統(tǒng)的軟開(kāi)關(guān)二次型Boost變換器更高的電壓增益,擁有更寬的輸入電壓范圍。為了驗(yàn)證上述理論分析的正確性,本論文選取合適的電路元件及參數(shù),在MATLAB/Simulink平臺(tái)搭建了基本二次型Boost變換器和ARSS二次型Boost變換器地仿真電路模型,并設(shè)計(jì)了基于FPGA-EP4CE15F17C8的ARSS二次型Boost變換器實(shí)驗(yàn)樣機(jī),進(jìn)行相應(yīng)的仿真和實(shí)驗(yàn),分析仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果。最終,仿真結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果同上述地理論分析結(jié)論一致,驗(yàn)證了理論分析的正確性,也體現(xiàn)了本論文設(shè)計(jì)的ARSS二次型Boost變換器擁有一定的優(yōu)越性和創(chuàng)新性,能夠滿足新能源發(fā)電系統(tǒng)對(duì)開(kāi)關(guān)DC-DC變換器更高的應(yīng)用設(shè)備要求。
[Abstract]:In recent years, due to the new changes in the national energy development strategy, the new energy generation system, represented by wind power generation and solar photovoltaic power generation, has been strongly supported by the national policy. From the point of view of installed capacity,Its investment has reached the world's leading level.However, with the rapid development and popularization of the new energy generation system, the requirements of switching DC-DC converter, the key equipment, are becoming higher and higher.Therefore, in this paper, the high gain soft-switching DC-DC converter with wide input range can be studied systematically, which can solve the problem of low input voltage level provided by new energy supply devices such as wind turbine, solar cell array and so on.It is of great significance to study such problems as wide range of input voltage and unstable energy transmission efficiency of new energy generation system.This paper introduces the research status of high gain switching DC-DC converters and soft switching DC-DC converters, selects several common high gain switching DC-DC converters and soft switching DC-DC converters, and briefly describes the working principles of all kinds of converters.The advantages and disadvantages of each kind of converter are compared.By comparison, it is found that the secondary Boost converter structure is the most suitable for the application equipment requirements of the new energy generation system.In this paper, the structure of the quadratic Boost converter is analyzed in depth. According to the difference of the energy conversion states of the two main inductors in the converter, the quadratic Boost converter is divided into four types: CCM-CCM, CCM-DCM, DCM-CCM and DCM-DCM.In this paper, the working principle, operating characteristics and energy transfer mode of each kind of quadratic Boost converter are studied in detail.It is found that the quadratic Boost converter can provide high voltage gain and widen the input voltage range, but there are some problems such as high switching loss and low power conversion rate.In order to solve the above problems of quadratic Boost converter and maintain its advantages, a new auxiliary resonant soft switching Resonant switching Boost converter is designed and studied in this paper.An auxiliary resonant soft switching circuit is designed in the basic quadratic Boost converter structure.In this paper, the circuit structure and basic working principle of ARSS secondary Boost converter are analyzed in detail. The working process and main working waveforms of the converter in each switching mode are introduced, and the switching relationship and output characteristics of the converter are also discussed.Voltage and current stress and soft switching conditions are studied systematically.The results show that the main switch and auxiliary switch can achieve soft switching at zero voltage, improve the efficiency of power conversion, and can provide higher voltage gain than the traditional soft-switching quadratic Boost converter.Has a wider input voltage range.In order to verify the correctness of the above theoretical analysis, this paper selects the appropriate circuit components and parameters, and builds the basic quadratic Boost converter and ARSS quadratic Boost converter simulation circuit model on the MATLAB/Simulink platform.An experimental prototype of ARSS quadratic Boost converter based on FPGA-EP4CE15F17C8 is designed, and the corresponding simulation and experiment are carried out, and the simulation and experimental results are analyzed.Finally, the simulation results and experimental results are consistent with the conclusions of the above theoretical analysis, which verify the correctness of the theoretical analysis, and also reflect the superiority and innovation of the ARSS quadratic Boost converter designed in this paper.Can meet the new energy generation system for switching DC-DC converter higher application equipment requirements.
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TM46

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本文編號(hào)：1711472