隔离升压DC-DC变换器在电动汽车、储能系统、可再生能源发电以及超导储能系统等领域有广阔的应用前景。本文以隔离升压全桥变换器(Isolated Boost Full Bridge Converter,简称IBFBC)为研究对象，针对隔离升压型变换器的拓扑结构、起动问题、隔离变压器漏感问题、软开关问题和输入电感磁复位问题等进行了系统深入的研究，解决了这一类拓扑所共有技术问题。 提出了隔离升压DC-DC变换器拓扑族，分析比较了各种拓扑的特点，确定了以IBFBC为研究对象。对IBFBC进行了详细的稳态分析和小信号建模分析，为其分析、设计和搭建实验平台提供了电路理论基础。 理论上分析了IBFBC起动时存在电流冲击的原因。提出了二种数字化软起动方案，该方案对主电路进行了改造，利用DSP能灵活产生PWM波的特点采用了新的控制策略，成功实现了该系统的软起动。 理论上分析了IBFBC隔离变压器漏感引起功率开关管关断电压尖峰的原因，采用了有源箝位的方法，有效的解决电压尖峰问题。提出了带有源箝位IBFBC的九种PWM控制策略，提出了一种控制型软PWM方法，在不增加主电路元器件的基础上，通过控制PWM的发生方法，实现了有源箝位功率开关管和桥臂功率开关管的零电压开通。 从理论上分析了IBFBC输入电感磁复位问题。在正常停机时提出了一种数字化软停止的方法，控制变换器由Boost工作状态逐渐过渡到Buck工作状态，让输入电感存储的能量逐渐释放掉，最后停止工作。对于故障保护停机，采用了绕组磁复位的方法，把输入电感设计成反激式变换器形式，突然停机时，电感中存储的能量通过反激式绕组释放到输出端，这样保护了变换器不会损坏。 给出了主电路关键器件参数的设计方法，设计了以DSP-TMS320F2407为核心的数字控制单元，编写了DSP控制程序和CPLD逻辑处理程序。研制了一台输出功率5KW，输入电压直流24V，输出电压直流300V的IBFBC,通过全面的性能实验验证了理论分析和仿真结果。 本文立足于IBFBC的关键技术要求，并充分考虑工程应用中的实际因素，进行了理论分析和实验研究，为实际系统方案设计提供理论依据，并已经在实际应用中得到验证。
上传时间： 2013-04-24
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近年来，随着汽车工业的迅速发展，环境污染、全球变暖、能源短缺的压力使传统的内燃机汽车面临前所未有的挑战，燃料电池电动汽车已成为汽车工业新的热点。由于燃料电池输出特性的特殊性，输出端必须连接DC/DC变换器，使之与驱动器配合。因此，DC/DC变换器是燃料电池电动汽车的关键零部件之一。 本论文主要对燃料电池电动轿车FCEV(Fuel Cell Electric Vehicle)用DC/DC变换器的主电路拓扑结构、参数设计及电磁兼容(EMC)问题进行了研究。重点针对升降压和双向DC/DC变换器进行分析研究。 首先介绍分析了几种传统升降压直流变换器的工作原理和优缺点。针对燃料电池的特性和电动汽车对升降压DC/DC变换器的性能指标要求，分析比较了非隔离式直流变换器的一些优点和缺点，提出了Buck-Boost级联的升降压主电路方案并提出相关的控制策略。然后运用模拟仿真软件MATLAB仿真分析了控制策略的正确性。 其次分析研究了双向DC/DC变换器的应用与设计，综合比较现有的各种隔离与非隔离方案，结合车用要求，选择了非隔离式的Buck-Boost拓扑。针对其工作原理、特点进行了双向DC/DC变换器主电路与控制电路的设计研究，重点研究其过渡过程的控制策略。在利用MATLAB进行各种过渡过程的仿真分析的基础上，选取了最佳的过渡控制方案。并利用该控制策略编制DSP控制程序，制作了小功率1kW数字控制双向DC/DC变换器。 最后深入讨论了DC/DC变换器中的电磁兼容问题。分析了DC/DC变换器主电路中存在的主要干扰源、干扰产生的机理以及干扰传播途径，然后以此出发，重点讨论了各种抑制电磁骚扰(EMI)和电磁抗干扰(EMS)的方法及措施，给出具体方案。
上传时间： 2013-05-24
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高速电机由于转速高、体积小、功率密度高，在涡轮发电机、涡轮增压器、高速加工中心、飞轮储能、电动工具、空气压缩机、分子泵等许多领域得到了广泛的应用。永磁无刷直流电机由于效率高、气隙大、转子结构简单，因此特别适合高速运行。高速永磁无刷直流电机是目前国内外研究的热点，其主要问题在于：（1）转子机械强度和转子动力学；（2）转子损耗和温升。本文针对高速永磁无刷直流电机主要问题之一的转子涡流损耗进行了深入分析。转子涡流损耗是由定子电流的时间和空间谐波以及定子槽开口引起的气隙磁导变化所产生的。首先通过优化定子结构、槽开口和气隙长度的大小来降低电流空间谐波和气隙磁导变化所产生的转子涡流损耗；通过合理地增加绕组电感以及采用铜屏蔽环的方法来减小电流时间谐波引起的转子涡流损耗。其次对转子充磁方式和转子动力学进行了分析。最后制作了高速永磁无刷直流电机样机和控制系统，进行了空载和负载实验研究。论文主要工作包括： 一、采用解析计算和有限元仿真的方法研究了不同的定子结构、槽开口大小、以及气隙长度对高速永磁无刷直流电机转子涡流损耗的影响。对于2极3槽集中绕组、2极6槽分布叠绕组和2极6槽集中绕组的三台电机的定子结构进行了对比，利用傅里叶变换，得到了分布于定子槽开口处的等效电流片的空间谐波分量，然后采用计及转子集肤深度和涡流磁场影响的解析模型计算了转子涡流损耗，通过有限元仿真对解析计算结果加以验证。结果表明：3槽集中绕组结构的电机中含有2次、4次等偶数次空间谐波分量，该谐波分量在转子中产生大量的涡流损耗。采用有限元仿真的方法研究了槽开口和气隙长度对转子涡流损耗的影响，在空载和负载状态下的研究结果均表明：随着槽开口的增加或者气隙长度的减小，转子损耗随之增加。因此从减小高速永磁无刷电机转子涡流损耗的角度考虑，2极6槽的定子结构优于2极3槽结构。 二、高速永磁无刷直流电机额定运行时的电流波形中含有大量的时间谐波分量，其中5次和7次时间谐波分量合成的电枢磁场以6倍转子角速度相对转子旋转，11次和13次时间谐波分量合成的电枢磁场以12倍转子角速度相对转子旋转，这些谐波分量与转子异步，在转子保护环、永磁体和转轴中产生大量的涡流损耗，是转子涡流损耗的主要部分。首先研究了永磁体分块对转子涡流损耗的影响，分析表明：永磁体的分块数和透入深度有关，对于本文设计的高速永磁无刷直流电机，当永磁体分块数大于12时，永磁体分块才能有效地减小永磁体中的涡流损耗；反之，永磁体分块会使永磁体中的涡流损耗增加。为了提高转子的机械强度，在永磁体表面通常包裹一层高强度的非磁性材料如钛合金或者碳素纤维等。分析了不同电导率的包裹材料对转子涡流损耗的影响。然后利用涡流磁场的屏蔽作用，在转子保护环和永磁体之间增加一层电导率高的铜环。有限元分析表明：尽管铜环中会产生涡流损耗，但正是由于铜环良好的导电性，其产生的涡流磁场抵消了气隙磁场的谐波分量，使永磁体、转轴以及保护环中的损耗显著下降，整体上降低了转子涡流损耗。分析了不同的铜环厚度对转子涡流损耗的影响，研究表明转子各部分的涡流损耗随着铜屏蔽环厚度的增加而减小，当铜环的厚度达到6次时间谐波的透入深度时，转子损耗减小到最小。 三、对于给定的电机尺寸，设计了两台电感值不同的高速永磁无刷直流电机，通过研究表明：电感越大，电流变化越平缓，电流的谐波分量越低，转子涡流损耗越小，因此通过合理地增加绕组电感能有效的降低转子涡流损耗。 四、研究了高速永磁无刷直流电机的电磁设计和转子动力学问题。对比分析了平行充磁和径向充磁对高速永磁无刷直流电机性能的影响，结果表明：平行充磁优于径向充磁。设计并制作了两种不同结构的转子：单端式轴承支撑结构和两端式轴承支撑结构。对两种结构进行了转子动力学分析，实验研究表明：由于转子设计不合理，单端式轴承支撑结构的转子转速达到40，000rpm以上时，保护环和定子齿部发生了摩擦，破坏了转子动平衡，导致电机运行失败，而两端式轴承支撑结构的转子成功运行到100，000rpm以上。 五、最后制作了平行充磁的高速永磁无刷直流电机样机和控制系统，进行了空载和负载实验研究。对比研究了PWM电流调制和铜屏蔽环对转子损耗的影响，研究表明：铜屏蔽环能有效的降低转子涡流损耗，使转子损耗减小到不加铜屏蔽环时的1/2；斩波控制会引入高频电流谐波分量，使得转子涡流损耗增加。通过计算绕组反电势系数的方法，得到了不同控制方式下带铜屏蔽环和不带铜屏蔽环转子永磁体温度。采用简化的暂态温度场有限元模型分析了转子温升，有限元分析和实验计算结果基本吻合，验证了铜屏蔽环的有效性。
上传时间： 2013-05-18
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近年来，由于能源危机和环境污染，世界各国均在投巨资发展燃料电池汽车。双向DC/DC变换器作为燃料电池汽车的中重要部件，需要随着行驶状态的改变，频繁地切换其工作状态，其动态性能好坏，直接决定汽车动力系统的响应速度。本文主要致力于对DC/DC变换器在不同控制策略下的动态性能进行研究，并在保证其稳态性能的前提下提高系统动态性能。 本文首先研究了线性控制策略下DC/DC变换器的动态性能。介绍了闭环控制系统在频域和时域的动态性能指标以及二者之间的关系。当系统受到外部干扰较小时，采用频域分析方法，对Buck和Boost变换器进行了小信号建模，并对其在不同线性补偿网络控制作用下的动态性能进行对比分析。当系统受到较大干扰时，采用时域分析方法，文中介绍了DC/DC变换器大信号建模方法，并对PID参数在工程上整定方法加以分析。 DC/DC变换器是一非线性系统，应用线性控制策略不可避免地存在一定局限性—动态性能和稳态性能之间的矛盾。针对这一问题，引入了模糊—PI控制，将其应用于DC/DC变换器，以在保持系统稳态性能不变的前提下，提高其动态性能。以Buck DC/DC变换器为例，详细介绍了模糊-PI控制器的设计过程，并对设计的闭环控制系统用MATLAB进行建模与仿真。最后，通过实验对比验证了模糊—PI控制的有效性。 和线性控制策略相比，模糊—PI控制在一定程度上提高了系统的动态性能，但效果有限。本文引入了另一种非线性控制策略——滑模控制策略。滑模控制策略是目前动态性能最好的控制策略之一，可以极佳地发挥系统的硬件潜能。 本文首先介绍了滑模控制相关知识，推导了其应用于Buck和Boost变换器的理论基础。设计出针对不同被控对象和工作状态的控制策略，对每种控制策略通过仿真分析验证其有效性。就滑模控制存在的静差问题、抖振问题和变频问题均提出了行之有效的解决方案。快速响应特性
上传时间： 2013-08-01
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随着环境污染的恶化和能源危机问题的凸现，低污染、高节能的电动汽车的研究和应用成为当今汽车产业的发展趋势。作为电动汽车所必须的辅助设备—充电电源，其安全性、高效性及便携性是影响电动汽车广泛推广的关键因素。因此，发展高效可靠的充电电源已成为电动汽车领域的重点研究方向之一。本论文以移相全桥直流变换器为基础，系统研究了移相全桥变换器控制策略和电路拓扑中的重要问题，研制一套适用于电动汽车的充电电源。论文的主要研究工作包括： 介绍电动汽车充电电源的充电方式以及软开关全桥技术，并对蓄电池的各种充电方式进行比较。 分析了移相全桥直流变换器的基本原理，对现今的几种零电压零电流（ZVZCS）移相全桥变换的主电路拓扑比较，选择一种具有副边简单辅助电路的移相全桥作为主电路拓扑，结合所需电源的具体参数，对主电路拓扑各元件进行设计，对主电路的工作过程分析，建立了其等效电路小信号模型。利用MATLAB中的SIMULINK仿真模块对主电路进行仿真，证明了主电路参数设计的合理性。 设计了以DSP为控制核心的电源系统，实现移相全桥控制、输出电流电压调制和过流过压保护等功能，采用中断功能实现移相PWM脉冲的软件生成方法，给出了系统主程序、中断服务程序、键盘及LCD显示的程序流程图。 最后给出样机的实验结果和分析。结果表明，在任何负载下，超前臂能够较好的实现零电压开关，在小于半载的情况下，滞后臂能够较好实现零电流开关。
上传时间： 2013-05-29
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双向DC/DC变换器（Bi-directionalDC/DCconverters）是能够根据需要调节能量双向传输的直流/直流变换器。随着科技的发展，双向DC/DC变换器的应用需求越来越多，正逐步应用到无轨电车、地铁、列车、电动车等直流电机驱动系统，直流不间断电源系统，航天电源等场合。一方面，双向DC/DC变换器为这些系统提供能量，另一方面，又使可回收能量反向给供电端充电，从而节约能量。 大多数双向DC/DC变换器采用复杂的辅助网络来实现软开关技术，本文所研究的Buck/Boost双向的DC/DC变换器从拓扑上解决器件软开关的问题；由于Buck/Boost双向DC/DC变换器的电流纹波较大，这会带来严重的电磁干扰，本文结合Buck/Boost双向DC/DC变换器拓扑与磁耦合技术使电感电流纹波减小；由于在同一频率下不同负载时电流纹波不同，本文在控制时根据负载改变PWM频率，从而使轻载时的电流纹波均较小。 本文所研究的双向DC/DC变换器采用DSP处理器进行控制，其原因在于：目前没有专门用于控制该Buck/Boost双向DC/DC变换器的控制芯片，而DSP具有多路的高分辨率PWM，通过对DSP寄存器的配置可以实现Buck/Boost双向DC/DC变换器的控制PWM；DSP具有多路高速的A/D转换接口，并可以通过配合PWM完成对反馈采样，具备一定的滤波功能。 本文所研究的数字双向DC/DC变换器实现了在Buck模式下功率MOSFET的零电压开通及零电压关断，电感电流的交迭使其电感输出端电流纹波明显变小，轻载时PWM频率的提升也使得电流纹波变小。
上传时间： 2013-06-08
上传用户：cy_ewhat
随着电力电子技术的发展，对大功率、高性能的开关电源要求也越来越高。功率因数校正(PFC)技术是当前电力电子技术研究的热点问题。大多数电力电子装置通过整流器与电网接口，而传统的二极管或晶闸管整流装置会产生大量的谐波电流，对电网造成污染。许多国家和国际组织相继制定了一系列限制用电设备谐波的标准。有源功率因数校正技术能够有效的消除整流装置的谐波，因此具有广泛的应用前景。 本文首先分析了开关电源的发展现状及发展要求，详细地阐述了开关电源的基本构成和基本组态。然后研究了ZVT-Boost软开关PFC电路的基本结构、基本工作原理及软开关实现原理，在此基础上确定了主电路结构，并制定了控制系统方案。 鉴于功率要求，本文采用两级PFC电路。因此对常见的DC-DC变换器的拓扑结构、原理特性进行分析。并针对各自的变换器建立了简化模型，基于所建立的模型分析了变换器的特性，列出各变换器的优缺点及在设计开关电源时的选用原则。最后，对所设计的系统进行了仿真分析。 本文根据用户的要求研究设计了一种大功率高性能开关电源。该开关电源分为前级和后级，前级为采用BOOST结构的单相有源功率因数校正电路，后级为采用移相控制软开关技术的全桥变换器。最后研制出了实验样机，并给出了实验样机的功率因数校正电路和移相全桥软开关变换电路的实验波形。
上传时间： 2013-04-24
上传用户：朗朗乾坤
交错并联反激变换器具有电路结构简单，控制方便等优点，并且可以实现电气隔离。但是其升压比不高，变换器中主开关管电压应力较大，且工作中开关管处于硬开关状态，限制了变换器的效率。 针对交错并联反激变换器所存在的问题，本文提出了一种新颖的基于耦合电感第三绕组实现的原边并联、副边并联隔离型软开关Boost变换器。该变换器继承了交错并联反激变换器的优点，两个并联单元互补工作，分担功率损耗，输出电压的脉动频率为主开关管的两倍。不同的是，该变换器具有较高的升压比，变换器中主开关管的电压应力较小，克服了交错并联反激变换器的问题。在软开关方面，变换器使用有源箝位软开关电路，使主开关管与箝位开关管都实现了零电压软开关动作，提高了变换器的效率与使用寿命。因此，它与交错并联反激变换器相比，更适合于低电压输入、高电压输出的应用变换场合。 在该变换器的基础上，针对变换器中输出二极管电压电流振荡较大，本文还提出了经过改进的引入输出箝位电容的变换器。输出箝位电容抑制了二极管两端电压的振荡，减小了二极管的电压应力，提高了变换器的效率。 最后，本文通过仿真与实验验证了基于耦合电感第三绕组实现的原边并联、副边并联隔离型软开关Boost变换器及其改进型变换器方案的可行性与合理性。
上传时间： 2013-05-20
上传用户：chenlong
由于下一代微处理器的工作电压越来越低，所需电流越来越大，现有的5V、12V输入的电压调节模块（VRM）已经不能满足它的要求了，因此把VRM的输入母线电压提高到48V是必然的趋势。这样做能够减小输入电流从而使得母线损耗减小，有利于效率提高，同时可以大大减小输入滤波器体积。 本课题首先分析了VRM的发展现状和常用拓扑，以及未来的发展趋势，并在此基础上介绍了级联式流馈推挽DC/DC变换器的概念。接着，具体分析了Buck与推挽级联式流馈DC/DC变换器、双通道交错并联型Buck与推挽级联式流馈DC/DC变换器的原理和工作过程。再接着，分别介绍了Buck与推挽级联式流馈DC/DC变换器、双通道交错并联型Buck与推挽级联式流馈DC/DC变换器及其控制同路的建模和设计方法，并给出设计实例。最后，分别用这两种拓扑结构制作了两台48V输入、3．3V/10A输出的样机，并对两者进行了一定的实验比较研究，以验证设计的有效性。
上传时间： 2013-07-29
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本文致力于可并联运行的斩控式单相交流斩波变换器的研究。交交变换技术作为电力电子技术一个重要的领域一直得到人们的关注，但大都将目光投向AC-DC-AC两级变换上面。AC/AC直接变换具有单级变换、功率密度高、拓扑紧凑简单、并联容易等优势，并且具有较强扩展性，故而在工业加热、调光电源、异步电机启动、调速等领域具有重要应用。斩控式AC/AC 电压变换是一种基于自关断半导体开关器件及脉宽调制控制方式的新型交流调压技术。 本文对全数字化的斩控式AC/AC 变换做了系统研究，工作内容主要有：对交流斩波电路的拓扑及其PWM方式做了详细的推导，着重对不同拓扑的死区效应进行了分析，并且推导了不同负载情况对电压控制的影响。重点推导了单相Buck型变换器和Buck-Boost 变换器的拓扑模型，并将单相系统的拓扑开关模式推导到三相的情况，然后分别对单相、三相的情况进行了Matlab仿真。建立了单相Buck 型拓扑的开关周期平均意义下的大信号模型和小信号模型，指导控制器的设计。建立了适合电路工作的基于占空比前馈的电压瞬时值环、电压平均值环控制策略。在理论分析和仿真验证的基础上，建立了一台基于TMS320F2808数字信号处理器的实验样机，完成样机调试，并完成各项性能指标的测试工作。
上传时间： 2013-04-24
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