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全桥隔离DC-DC变换器优化控制方法研究

侯聂  
【摘要】:轻量化是高速列车发展的关键技术之一,为实现高速列车的轻量化,电力电子变压器牵引传动系统成为了研究的热点。因此,本文以车载电力电子变压器牵引传动系统应用为背景,主要研究了其核心组成部分之一全桥隔离DC-DC变换器。首先,针对全桥隔离DC-DC变换器典型应用的相移控制方法,对常用的单相移控制方法、扩展相移控制方法以及双重相移控制方法进行了研究,分析了这三种相移控制方法下变换器的功率传输特性。在此基础上,本文提出了一种归一化相移控制方法,并揭示了该相移控制方法与其它相移控制方法之间的联系。其次,为降低全桥隔离DC-DC变换器的功率损耗,消除传统电感峰值电流优化控制对电感参数的依赖性,提出了一种简化电感峰值电流优化控制方法。基于该简化控制方法,分析求解了扩展相移控制、双重相移控制以及归一化相移控制方法下变换器的最小峰值电流,并对这几种相移控制方法的性能进行了对比分析。通过实验证明了所提出的简化电感峰值电流优化控制方法能够消除电感参数依赖性,提高变换器的效率。然后,为提高全桥隔离DC-DC变换器的动态性能,重点研究了全桥隔离DC-DC变换器功率相关的控制方法,分析了传统基于功率模型控制方法存在电感依赖性的弊端。接着,本文借鉴广泛应用于整流器逆变器的直接功率控制方法,给出了一种适合全桥隔离DC-DC变换器的直接功率控制方法。然而,直接功率控制方法只能显著加强变换器在输入电压变化时的动态特性,为进一步提高变换器在负载变化时的动态性能,通过增加负载电流反馈,提出了一种虚拟直接功率控制方法。通过实验证明了所提出的控制方法能够消除电感参数依赖性,提高变换器的动态性能。最后,为提高变换器的效率和动态特性,基于扩展相移控制和直接功率控制的思想,给出了一种适合全桥隔离DC-DC变换器的扩展相移-直接功率混合控制方法。为进一步提高变换器的效率和动态性能优化提出一种归一化相移-功率平衡混合控制方法,分析了该控制方法的参数依赖性,并提出一种输出电压分界控制进行补偿。通过实验证明了所提出控制方法能够同时提高变换器的效率和动态性能。


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