【摘要】：在高壓取能電源,柔性直流輸電等應用場合,輸入電壓較高并且輸入電壓變化范圍寬,常規(guī)的拓撲難于應用于這種場合。常見的方案是輸入串聯(lián)輸出并聯(lián)(ISOP)結(jié)構(gòu)的反激變換器,但是反激變換器在較寬的輸入電壓變化范圍內(nèi)其效率不高并且開關(guān)管承受的電壓應力也較大,需要較多的模塊串聯(lián)以降低每個模塊承受的電壓,并不適合于電壓寬范圍輸入的情況。對于電壓寬范圍輸入的場合,有文獻提出采用兩模式Buck-Boost的方案,但由于在多模塊系統(tǒng)中變換器輸入輸出需要有電氣隔離,所以無法在ISOP系統(tǒng)中采用。因此,需要對應用于電壓寬范圍輸入的隔離型變換器進行研究。本文提出一種兩模式Buck-Push-Pull拓撲,并且對其工作原理和運行方式進行分析與設計。在電壓寬范圍輸入的應用場合,兩模式Buck-Push-Pull拓撲可以自動根據(jù)輸入電壓的大小選擇相應的工作模式,從而在整個輸入電壓范圍內(nèi)以最合適的模態(tài)運行。除此之外,本文對兩模式Buck-Push-Pull拓撲進行建模與分析,經(jīng)過建模結(jié)果可知兩模式Buck-Push-Pull拓撲在整個輸入電壓范圍內(nèi)都是二階模型,便于控制器設計,相對于級聯(lián)系統(tǒng)的方案在控制效果方面有著天然的優(yōu)勢。本文在兩模式Buck-Push-Pull拓撲中通過加入輔助開關(guān)網(wǎng)絡,使變壓器原邊側(cè)開關(guān)管實現(xiàn)零電壓開通,變壓器副邊側(cè)二極管實現(xiàn)零電流關(guān)斷,減小了變換器功率器件所承受的電壓電流應力,提升了效率。隨后本文對兩模式Buck-Push-Pull拓撲工作于ISOP結(jié)果的系統(tǒng)進行建模與分析。在ISOP系統(tǒng)中由于要考慮到輸入均壓的問題,本文對引起輸入電壓不均衡的原因和實現(xiàn)輸入均壓的控制方案進行對比分析,然后對極端負載情況下輸入均壓環(huán)不能實現(xiàn)輸入均壓問題進行研究并提出加入輔助開關(guān)網(wǎng)路的解決方案。然后,本文對輸入電壓階躍的情況進行分析,對基于輸入電壓大信號前饋模型和小信號前饋模型進行仿真對比研究。本文通過使用數(shù)字控制芯片TMS320F28335進行實驗,對數(shù)字控制器避免極限環(huán)震蕩選取AD模塊分辨率和PWM模塊分辨率進行分析與設計。最后,本文通過對兩模式Buck-Push-Pull的小信號模型設計補償網(wǎng)絡進行設計并離散到z域,經(jīng)過仿真和實驗驗證了本文提出的兩模式Buck-Push-Pull拓撲方案的可行性。仿真和實驗驗證了兩模式Buck-Push-Pull拓撲在選取合適的輔助開關(guān)網(wǎng)絡后能在變壓器原邊開關(guān)管實現(xiàn)零電壓開通,變壓器副邊側(cè)整流二極管實現(xiàn)零電流關(guān)斷,有效減少了功率器件的電壓電流應力,并且在選取合適的控制器參數(shù)后電路能在升壓模式和降壓模式之間平滑切換,拓寬了變換器所能承受的輸入電壓范圍,使電路能應用在電壓寬范圍輸入的高壓應用場合。
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TM46
【圖文】：

哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文側(cè)的預調(diào)整電路和位于輸出側(cè)的穩(wěn)壓電路。預調(diào)整電路主要是通電壓不同改變其工作狀態(tài)以縮小輸入電壓的變化范圍，而穩(wěn)壓電穩(wěn)定輸出電壓[1,2]。常見的有開關(guān)電容級聯(lián) Buck 電路和 Boost 級聯(lián)。文獻[1]提出開關(guān)電容級聯(lián) Buck 電路原理圖 1-1 所示，預調(diào)整過根據(jù)輸入電壓不同而改變開關(guān)電容的連接方式，使輸入電壓收小的區(qū)間之內(nèi)，第二級的 Buck 電路則負責精確的穩(wěn)定輸出電壓。獻[3-5]主要針對 Boost-LLC 電路進行研究。其工作原理為當輸時通過 Boost 電路提升電壓，減小 LLC 電路的輸入電壓范圍，從 電路頻率變化范圍，提高工作效率。其中文獻[5]采用將 Boost 電路組合的方式，其原理圖如圖 1-2 所示，Boost 電路和 LLC 電路共過互補驅(qū)動同一橋臂上下兩個開關(guān)管提升 LLC 電路的輸入電容少 LLC 電路輸入電壓的變化范圍。

個較小的區(qū)間之內(nèi)，第二級的 Buck 電路則負責精確的穩(wěn)定輸出電壓。文獻[3-5]主要針對 Boost-LLC 電路進行研究。其工作原理為當輸入電壓較低時通過 Boost 電路提升電壓，減小 LLC 電路的輸入電壓范圍，從而減少LLC 電路頻率變化范圍，提高工作效率。其中文獻[5]采用將 Boost 電路和 LLC電路組合的方式，其原理圖如圖 1-2 所示，Boost 電路和 LLC 電路共用開關(guān)管，通過互補驅(qū)動同一橋臂上下兩個開關(guān)管提升 LLC 電路的輸入電容電壓從而減少 LLC 電路輸入電壓的變化范圍。圖 1-1 輸入開關(guān)電容兩級變換器[1]

哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文據(jù)輸入電壓的不同電路自動在半橋 LLC 和全橋 LLC 電路之間進行從而改變電路增益的工作方案，由于全橋 LLC 的電壓增益為半橋的兩倍，因此在輸入電壓較高時工作在半橋 LLC 模式，輸入電壓較于全橋 LLC 模式，減少了 LLC 電路頻率變化范圍，提高了工作效理圖如圖 1-3 所示。文獻[7]提出兩模式 Buck-Boost 拓撲，其原理圖如圖 1-5 所示。當輸高時，開關(guān)管 Q2不導通，開關(guān)管 Q1以相應的占空比工作；當輸入時，開關(guān)管 Q1恒定導通，開關(guān)管 Q2以相應的占空比工作。但是由和輸出端沒有電氣隔離，因此兩模式 Buck-Boost 拓撲并不適合應用系統(tǒng)。

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 姚川;阮新波;曹偉杰;陳沛琳;;雙管Buck-Boost變換器的輸入電壓前饋控制策略[J];中國電機工程學報;2013年21期

2 劉青;張東來;;抑制輸入擾動的Buck變換器控制方法[J];電工技術(shù)學報;2011年04期

本文編號：2752596