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软开关双向DC-DC变换器的研究

陈刚  
【摘要】:双向DC-DC变换器(Bidirectional DC-DC Converters)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。随着科技和生产的发展,对双向DC-DC变换器的需求日益增多,主要有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应用场合。 软开关(Soft switching)技术的应用可以降低双向DC-DC变换器的开关损耗,提高变换器的工作效率,为变换器的高频化提供可能性,从而大大缩小变换器的体积重量,提高变换器的功率密度和动态性能。 本文中从双向DC-DC变换基本变换单元入手,导出了多种新型软开关双向DC-DC变换基本变换单元。根据不同的变换器拓扑构成和控制原理,提出了两大类新型软开关双向DC-DC变换器族,分别为“复合有源钳位PWM控制双向DC-DC变换器族”和“零电压开关相移控制双向DC-DC变换器族”。 新型软开关双向DC-DC变换器拓扑结构简单,具有较快的动态响应。变换器中的所有有源开关均能在双向工作模式中实现软开关工作,而且多数变换器有较宽的软开关负载适应范围,减小了变换器的开关损耗;运用同步整流器工作方式,同时尽力削减变换器中的循环能量,降低了变换器的通态损耗。因此新型变换器具有较高的工作效率。另外,本文中提出的一些双向DC-DC变换软开关技术亦可被借鉴到单向DC-DC变换器中。 文中讲述了两类新型软开关双向DC-DC变换器族的产生原理,并各自通过3个新型软开关双向DC-DC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,最后给出了电路仿真结果和实验结果。


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