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《浙江大学》 2008年
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三绕组耦合电感实现高增益、高效率交错并联软开关Boost变流器

李武华  
【摘要】: 世界性的能源短缺和能源危机促使学术界和工业界把目光投向清洁、绿色、安全的太阳能、燃料电池等可再生能源。在新能源并网发电系统中,如何把电压较低的太阳能、燃料电池等输出升压到较高的标准母线电压,成为一个重要的研究课题。论文在总结、归纳现有隔离型和非隔离型Boost变流器(俗称变换器)的基础上,提出了三绕组耦合电感概念。并基于三绕组耦合电感概念,论文提出了隔离型与非隔离型的基本单元结构。通过这些基本单元结构,并进一步引入有源箝位软开关技术和无源无损软箝位技术,论文实现了一系列高增益、高效率和适用于较大功率的交错并联软开关Boost变流器拓扑族。论文还找出了三绕组耦合电感实现的隔离型与非隔离型变流器之间的内在联系,并总结了一般隔离型变流器与相应的非隔离型变流器之间相互转换的普适性原理。 首先,论文提出了三绕组耦合电感概念。论文从隔离型交错并联Flyback变流器出发,采用三绕组耦合电感的方式演绎出了一种新型的交错并联Flyback-Boost变流器。论文采用有源箝位软开关技术,实现了一种隔离型的有源箝位软开关交错并联Flyback-Boost变流器,该变流器实现了漏感能量的无损转移和开关管关断电压尖峰的有效抑制。通过一定的拓扑变换。该变流器仅用一套辅助电路就可实现两相交错电路的漏感能量吸收。由于三绕组耦合电感的漏感对输出二极管关断电流的限制能力,有效地抑制了输出二极管的反向恢复电流。在整个开关周期内,主开关管和辅助开关管都实现了零电压软开关动作。论文还采用原边并联、副边串联结构,实现了变流器的倍压输出功能。三绕组耦合电感概念的提出为隔离型交错并联DC/DC变流器的拓扑演绎提供了一种可实践的思路。 其次,论文提出了一种非隔离型三绕组耦合电感基本单元结构。论文采用三绕组耦合电感概念,把传统Boost变流器仅由占空比决定的单一维数的电压增益表达式,演变成由占空比和耦合电感匝比决定的二维增益表达式,既拓展了变流器的电压增益、避免了极限占空比的工作状态,又降低了开关管的电压应力。为了无损地吸收三绕组耦合电感的漏感能量,论文首先采用有源箝位软开关技术,提出了一种高增益有源箝位软开关交错并联Boost变流器。该变流器实现了主开关管和辅助开关管的零电压软开关动作,三绕组耦合电感的漏感限制了输出二极管关断电流的下降速率,有效地抑制了二极管的反向恢复电流。论文还实现了有源箝位软开关方案到无源无损软箝位方案的过渡,提出了一种高增益无源无损软箝位交错并联Boost变流器。该变流器简化了电路结构,实现了开关管的零电流开通和关断电压的软箝位。论文还提出了一种三绕组耦合电感基本单元结构,根据该基本单元,并引入有源箝位软开关方案或无源无损软箝位方案,论文实现了一系列适用于大电流、高效率、高增益或高降压场合的变流器拓扑族。三绕组耦合电感基本单元的提出,为非隔离型交错并联DC/DC变流器的拓扑生成提供了一种新的思路。 论文还提出了另一种非隔离型三绕组耦合电感基本单元结构。论文采用有源箝位软开关技术,实现了一种具有最少箝位开关管的高增益交错并联软开关Boost变流器,该变流器仅用一套箝位电路就实现了两相交错电路的漏感能量吸收和开关管关断电压尖峰抑制。在该变流器基础上,经过一定的拓扑变换,并增加两个输出箝位电容,不仅有效地抑制了输出二极管上的寄生振荡,并可在输出通道上内置一个LC低通滤波器,有效地减小了输出电流纹波。基于该三绕组耦合电感基本单元,论文演绎出了一系列交错并联DC/DC变流器拓扑族,这类变流器可通过一定的拓扑变换来简化软开关实现方案。 最后,论文从隔离型变压器和自耦升压变压器的内在联系出发,分析了三绕组耦合电感实现的隔离型和非隔离型变流器之间的关系,实现了隔离型有源箝位软开关交错并联Flyback-Boost变流器、非隔离型高增益有源箝位软开关交错并联Boog变流器和高增益无源无损软箝位交错并联Boost变流器之间的相互转化。同时,也实现了隔离型具有最少箝位开关管的交错并联软开关Flyback-Boost变流器和非隔离型具有最少箝位开关管的交错并联软开关Boost变流器之间的相互转化。论文还总结了一般隔离型变流器与相应的非隔离型变流器之间相互转换的普适性原理,从方法论上实现了隔离型与非隔离型变流器的统一。 论文上述提出的新型电路拓扑不仅实现了变流器电压增益的拓展,避免了电路工作在极限占空比的状态;还降低了开关管的电压应力,减小了导通损耗和开关损耗,提高了功率器件的工作可靠性。这类拓扑可通过简单的电路实现开关管的软开关动作,减小了开关损耗;还有效地抑制了输出二极管的反向恢复电流,减小了反向恢复损耗。而且,三绕组耦合电感的交错并联结构简便的实现了系统的功率扩容,减小了变流器中无源元件的体积,提高了变流器的功率密度。 论文还对工程应用三绕组耦合电感交错并联Boost电路的实现方法进行了探讨,并在一太阳能并网发电小型示范系统中获得了成功的应用。丰富、详实的仿真及实验结果验证了论文理论研究的正确性。
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:B
【学位授予年份】:2008
【分类号】:TM46

【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前6条
1 李飞;有源耦合电感高增益直流变换器拓扑研究[D];哈尔滨工业大学;2017年
2 陈桂鹏;基于统一模型法的非隔离直流变换器拓扑衍生与分析研究[D];浙江大学;2017年
3 胡玮;半无桥Boost PFC变换器及其有源软开关技术研究[D];华中科技大学;2018年
4 姚佳;基于耦合电感的高增益DC/DC拓扑及其建模研究[D];东南大学;2015年
5 陈章勇;耦合电感高增益升压变换器拓扑及副边谐振软开关技术[D];西南交通大学;2015年
6 杨波;基于并网逆变器电能质量与变换效率的若干关键技术研究[D];浙江大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 韩镇宇;基于耦合电感与开关电容的高增益Boost变换器[D];郑州大学;2018年
2 李琳鹏;基于耦合电感的非隔离型高增益DC/DC变换器研究[D];安徽工业大学;2017年
3 张建丰;高效率高升压增益二次型DC-DC变换器研究[D];西南交通大学;2017年
4 张梦娜;耦合电感准Z源高升压增益变换器研究[D];西南交通大学;2016年
5 王天兵;集成耦合电感的升压—反激变换器[D];青岛理工大学;2015年
6 邹轶;车载逆变电源的设计与开发[D];湖南大学;2014年
7 向鑫;用于直流微网的风光接入拓扑及其控制[D];浙江大学;2014年
8 韩晓明;能馈电子负载中低压大电流输入高增益变换器研究[D];浙江大学;2012年
9 吴海蒙;燃料电池和超级电容混合发电系统中变换器设计与控制[D];浙江大学;2011年
10 张海钰;单相光伏并网发电系统关键技术的研究[D];浙江大学;2011年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 朱选才;徐德鸿;Hidetoshi Umida;Kazuaki Mino;;应用逆阻型IGBT的移相控制电流型全桥零电流开关DC/DC变换器[J];中国电机工程学报;2006年12期
2 姚刚,沈燕群,李武华,何湘宁;一种新型的有源交错并联Boost软开关电路[J];中国电机工程学报;2005年10期
3 汪茂海,郭航,马重芳,贾杰林,刘璿,叶芳,俞坚;直接甲醇燃料电池动态性能的研究[J];中国电机工程学报;2005年06期
4 马西奎,刘伟增,张浩;快时标意义下BoostPFC变换器中的分岔与混沌现象分析[J];中国电机工程学报;2005年05期
5 李冬,阮新波;高效率的BOOST型功率因数校正预调节器[J];中国电机工程学报;2004年10期
6 许峰,徐殿国,柳玉秀;一种新型的全桥零电压零电流开关PWM变换器[J];中国电机工程学报;2004年01期
7 周林泉,阮新波;一种新颖的ZCZVS PWM Boost全桥变换器[J];中国电机工程学报;2003年11期
8 翁史烈,翁一武,苏明;熔融碳酸盐燃料电池动态特性的研究[J];中国电机工程学报;2003年07期
9 吴洪洋,何湘宁;一种新颖的三电平软开关功率因数校正电路[J];中国电机工程学报;2002年10期
10 冯波,吴国忠,徐德鸿,陈刚;一种新型有源箝位Boost变换器[J];中国电机工程学报;2002年10期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 赵为;太阳能光伏并网发电系统的研究[D];合肥工业大学;2003年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 吴帅;李进军;李强;;三模块IPOS高压直流电源系统的稳定性研究[J];舰船电子工程;2018年09期
2 贾益行;吴红飞;韩蒙;邢岩;;准单级功率变换的高效单相三端口功率因数校正变换器[J];电力系统自动化;2018年18期
3 涂小平;陈跃;;变频空调PFC控制技术及算法研究[J];家电科技;2018年05期
4 杨冠军;张瑞云;程健;许世森;任永强;王洪建;姚帅;黄华;;熔融碳酸盐燃料电池阴极改性实验及其性能研究[J];热力发电;2018年04期
5 何治新;赵云云;朱丹;苏秀娥;;储能式有轨电车停车场充电装置研究[J];电气传动;2018年03期
6 吴其谌;钱挺;;两相并联Boost变换器的耦合电感软开关策略[J];电力电子技术;2018年01期
7 马骏杰;王旭东;王振东;胡明报;;一种辅助谐振变换极软开关电路在UPS中的应用[J];哈尔滨理工大学学报;2017年05期
8 周郁明;杨婷婷;鲍观甲;刘航志;;基于全SiC器件的交错并联Boost PFC电路[J];电力电子技术;2017年09期
9 卢伟国;方慧敏;杨异迪;周雒维;;Boost PFC变换器的动态斜坡补偿策略分析与设计[J];电力自动化设备;2017年05期
10 李萌;郭娅雯;;一种新型的有源交错并联Boost软件开关电路设计[J];电子制作;2017年Z1期
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 严庆增;三相非隔离型光伏逆变器的控制技术及SiC器件应用研究[D];中国矿业大学;2016年
2 卢远宏;基于三维空间直角坐标系的光伏逆变器控制策略研究[D];北京交通大学;2016年
3 尹靖元;基于开绕组拓扑双变流器控制策略研究[D];北京交通大学;2015年
4 谢宁;大型光伏电站电能质量分析与补偿系统研究[D];湖南大学;2015年
5 邵章平;三电平光伏并网逆变器的模块化控制研究[D];合肥工业大学;2015年
6 郗忠梅;户用光伏微网系统研究[D];山东农业大学;2014年
7 蔡纪鹤;光伏并网发电的功率补偿控制研究[D];江苏大学;2014年
8 郭晓瑞;光伏并网逆变系统控制策略研究[D];浙江大学;2014年
9 孙东森;储能型Quasi-Z源级联多电平光伏逆变器研究[D];北京交通大学;2013年
10 赵耀;基于分布式电源的微网控制及运行优化研究[D];南开大学;2013年
【同被引文献】
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 胡雪峰;高增益非隔离型Boost变换器拓扑及其衍生方法研究[D];南京航空航天大学;2014年
2 赵一;耦合电感倍压单元高增益变流器拓扑形成方法研究[D];浙江大学;2012年
3 陈宇;电力电子变换系统的元件复用理论与方法[D];华中科技大学;2011年
4 姚凯;高功率因数DCM Boost PFC变换器的研究[D];南京航空航天大学;2010年
5 肖华锋;光伏发电高效利用的关键技术研究[D];南京航空航天大学;2010年
6 刘桂花;无桥PFC拓扑结构及控制策略研究[D];哈尔滨工业大学;2009年
7 任小永;高效率高功率密度通信模块电源技术的研究[D];南京航空航天大学;2008年
8 刘邦银;建筑集成光伏系统的能量变换与控制技术研究[D];华中科技大学;2008年
9 沈国桥;燃料电池并网逆变技术研究[D];浙江大学;2008年
10 李武华;三绕组耦合电感实现高增益、高效率交错并联软开关Boost变流器[D];浙江大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张梦娜;耦合电感准Z源高升压增益变换器研究[D];西南交通大学;2016年
2 彭影;中国新能源产业发展趋势研究[D];吉林大学;2016年
3 李坤鹏;开关电感二次型Boost变换器研究[D];北京信息科技大学;2016年
4 赵国言;一种新型高增益交错并联Boost变换器的研究[D];重庆大学;2015年
5 魏文健;具有升—降压功能的新型DC-DC变换电路研究[D];青岛理工大学;2014年
6 闫欢;非隔离型交错并联高增益DC/DC变换器的研究[D];重庆大学;2014年
7 贺明梅;中国新能源产业发展问题研究[D];吉林大学;2013年
8 禹红斌;分布式混合储能变换及其控制技术[D];浙江大学;2013年
9 曹长春;开关电源并联均流系统的研究[D];河北工业大学;2012年
10 朱洪文;高频变压器等效模型与参数计算测定[D];河北工业大学;2012年
【二级引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前6条
1 程丽;改善电能质量的光伏逆变器的关键技术研究[D];华南理工大学;2016年
2 李春鹏;蓄电池并网放电系统关键技术研究[D];哈尔滨工业大学;2015年
3 崔文峰;具有共模漏电流抑制能力的单相无变压器型光伏逆变技术研究[D];浙江大学;2014年
4 宋春伟;基于H桥拓扑大容量变流器的若干关键技术研究[D];浙江大学;2014年
5 薛明雨;LCL型并网逆变器的解耦控制与优化设计[D];华中科技大学;2012年
6 张犁;模块化非隔离光伏并网逆变器及发电系统研究[D];南京航空航天大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 任垚屹;孤岛型直流微网控制策略研究[D];沈阳工业大学;2018年
2 汤健强;用于地下电缆故障检测的高频高压电源的研究与设计[D];武汉科技大学;2018年
3 耿毓廷;三电平变流器调制和控制策略研究[D];浙江大学;2018年
4 郜晴晴;直流微电网运行控制策略研究[D];兰州理工大学;2017年
5 王宇;基于有源功率解耦的碳化硅逆变器研究[D];中国矿业大学;2017年
6 刘涛;空冷燃料电池/锂电池混合动力系统设计[D];西南交通大学;2017年
7 张建丰;高效率高升压增益二次型DC-DC变换器研究[D];西南交通大学;2017年
8 赵伟芳;含分布式电源的直流配电网可靠性评估[D];重庆大学;2017年
9 李艳琼;基于交直流混合供电的智能配电系统应用研究[D];辽宁工业大学;2017年
10 张育源;两级式逆变器控制技术研究[D];华东交通大学;2016年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张之梁,阮新波;零电压开关PWM全桥三电平变换器[J];中国电机工程学报;2005年16期
2 邓卫华,张波,丘东元,胡宗波,卢至锋;电流连续型Boost变换器状态反馈精确线性化与非线性PID控制研究[J];中国电机工程学报;2004年08期
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4 周宇飞,丘水生,陈军宁;滞环电流模式控制uk变换器的非线性现象研究[J];中国电机工程学报;2004年03期
5 许峰,徐殿国,柳玉秀;一种新型的全桥零电压零电流开关PWM变换器[J];中国电机工程学报;2004年01期
6 郭航,马重芳,汪茂海,叶芳,王焱,俞坚,王朝阳;热物理参数对燃料电池内传质过程的影响[J];工程热物理学报;2004年01期
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8 周林泉,阮新波;一种新颖的ZCZVS PWM Boost全桥变换器[J];中国电机工程学报;2003年11期
9 戴栋,马西奎,李小峰;一类具有两个边界的分段光滑系统中边界碰撞分岔现象及混沌[J];物理学报;2003年11期
10 翁史烈,翁一武,苏明;熔融碳酸盐燃料电池动态特性的研究[J];中国电机工程学报;2003年07期
【相似文献】
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1 程千;张代润;程满;黄钰;;一种适用于光伏发电系统的新型两相交错并联Boost变换器[J];可再生能源;2015年11期
2 谢玲玲;龚仁喜;李畸勇;;光伏发电最大功率点跟踪交错并联Boost变换器的动力学特性分析[J];中国电机工程学报;2013年06期
3 汪东;赵一;石健将;何湘宁;;具有开关电容的隔离型交错并联Boost变换器[J];中国电机工程学报;2009年21期
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5 杨玉岗;祁鳞;吴建鸿;;三相交错并联磁集成Boost变换器的内部本质安全特性[J];电工技术学报;2014年04期
6 杨玉岗;吴建鸿;;交错并联磁集成Boost变换器的内部本质安全特性分析[J];电工电能新技术;2013年02期
7 胡萍;纪小龙;杨静;;高升压比交错并联Boost电路的分析[J];通信电源技术;2011年01期
8 郭瑞;海航;王磊;王秋实;杨玉岗;;一种新颖采用磁集成技术大功率组合式高增益Boost变流器研究[J];电源学报;2017年05期
9 谢玲玲;龚仁喜;;交错并联boost变换器分岔和混沌行为研究[J];广西大学学报(自然科学版);2014年02期
10 陆治国;郑路遥;马召鼎;刘捷丰;秦煜森;;带开关电容网络的交错并联高增益Boost变换器[J];电工技术学报;2012年11期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 高潮;;基于预测控制技术的多电平Boost型功率因数校正开关变流器——分析,设计及电路实验[A];2008中国电工技术学会电力电子学会第十一届学术年会论文摘要集[C];2008年
2 张佳佳;张继业;;油电混合系统boost变换器的单周期控制[A];第十届动力学与控制学术会议摘要集[C];2016年
3 赵联海;马雁;;结合BOOST的增压器选型[A];内燃机科技(企业篇)——中国内燃机学会第六届青年学术年会论文集[C];2015年
4 卓浩泽;李伟坚;陆超云;;基于SOPC的Boost型功率因数校正系统的设计与实现[A];2013年中国电机工程学会年会论文集[C];2013年
5 高贇;;Boost变换器电感电流连续性分析[A];第十二届全国煤矿自动化学术年会论文专辑[C];2002年
6 徐小杰;侯振义;;大功率场合Boost型功率因数校正的应用方案[A];中国电工技术学会电力电子学会第八届学术年会论文集[C];2002年
7 曹文思;杨育霞;;基于状态空间平均法模型的BOOST变换器电路仿真分析[A];电工理论与新技术学术年会论文集[C];2005年
8 马洪飞;张波;丘东元;;一种负电压输出隔离型高增益Boost变换器[A];第七届中国高校电力电子与电力传动学术年会论文集[C];2013年
9 黄文凯;周毅;;基于BOOST软件的某款发动机进、排气门配气相位的改进[A];2009中国汽车工程学会年会论文集[C];2009年
10 王文倩;徐德鸿;陈敏;;单相boost型有源功率因数校正电路软开关技术的综述[A];浙江省电源学会第九届学术年会论文集[C];2004年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 东方证券;风机改造催生变流器行业发展契机[N];中国证券报;2011年
2 记者 谢辉;国电1.5兆瓦风机变流器在保下线[N];保定日报;2009年
3 记者 李研;绥口岸:静止式变流器出口增势显著[N];中俄经贸时报;2008年
4 本报记者 于海江;国产变流器需经受“低电压穿越”考验[N];中国电力报;2012年
5 记者 李毅;变流器行业有望催生450亿“蛋糕”[N];第一财经日报;2011年
6 本报记者 马亮;本地化进程加速 Converteam携5兆瓦变流器抢滩中国[N];机电商报;2010年
7 成都 新容 编译;逆变和变流器[N];电子报;2013年
8 胡圣海;江苏大全研发2兆瓦风电变流器[N];中国工业报;2010年
9 记者  李文峰 通讯员  刘亚鹏;株洲地铁辅助变流器香港获奖[N];湖南日报;2007年
10 河南 姜勇 郝永科;CMOS模拟开关变流器[N];电子报;2001年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李武华;三绕组耦合电感实现高增益、高效率交错并联软开关Boost变流器[D];浙江大学;2008年
2 赵一;耦合电感倍压单元高增益变流器拓扑形成方法研究[D];浙江大学;2012年
3 张建文;高可用度长寿命并联型风电变流器研究[D];上海交通大学;2014年
4 许铁岩;永磁直驱潮流发电变流器控制技术研究[D];哈尔滨工程大学;2013年
5 杨恩星;低速永磁直驱风力发电变流器若干关键技术研究[D];浙江大学;2009年
6 姜燕;直驱型永磁同步风力发电系统变流器控制方法研究[D];湖南大学;2013年
7 王小方;260kVA无源软开关辅助变流器研究[D];中南大学;2011年
8 肖飞;直驱式永磁同步风力发电变流器若干关键技术研究[D];浙江大学;2013年
9 汪东;开关电容型交错并联变流拓扑与逆变并联控制技术研究[D];浙江大学;2009年
10 李威辰;共直流母线型模块化光伏并网发电系统相关关键技术研究[D];浙江大学;2014年
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1 王蕊;交错并联磁集成Boost变换器的本质安全特性研究[D];辽宁工程技术大学;2012年
2 张兴;低电流纹波高动态响应交错并联BOOST变换器的研究[D];哈尔滨工业大学;2017年
3 周洁;基于DSP的三通道交错并联Boost变换器中耦合电感的研究[D];辽宁工程技术大学;2014年
4 吴建鸿;三相交错并联磁集成Boost变换器本质安全特性研究[D];辽宁工程技术大学;2013年
5 王斌泽;多通道交错并联Boost功率因数校正技术研究[D];哈尔滨工业大学;2012年
6 赵国言;一种新型高增益交错并联Boost变换器的研究[D];重庆大学;2015年
7 王春圣;热电变流器研究与设计[D];华东交通大学;2013年
8 李依彬;双耦合电感双Boost变换器研究[D];南京航空航天大学;2007年
9 丁雪;Wi-Fi环境下基于Boost方法的人体姿势识别研究[D];北京邮电大学;2018年
10 林立铮;单相Boost型并网逆变器研究[D];福州大学;2010年
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