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PWM-加移相控制双有源全桥双向DC-DC-变换器的研究

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PWM-加移相控制双有源全桥双向DC-DC-变换器的研究

中图分类号
TM461
学科分类号
080804
论文编号
1028703 13-S135
硕士学½论文
PWM
加移相控制双有源全桥双向
DC-DC
变换器的研究
研究生姓名
学科、专业
研究方向
指导教师
杨敏
电力电子与电力传动
功率电子变换技术
阮新波 教授
南京航空航天大学
研究生院
自动化学院
О
一三年三月
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
The Graduate School
College of Automation Engineering
PWM Plus Phase-Shift Control for Dual
Active Full-Bridge DC-DC Converter
A Thesis in
Electrical Engineering
by
Yang Min
Advised by
Professor Ruan Xinbo
Submitted in Partial Fulfillment
of the Requirements
for the Degree of
Master of Engineering
March, 2013
承诺书
本人郑重声明:
所呈交的学½论文,
是本人在导师指导下,
独立进行研究工½所取得的成果。½我所知,除文中已经注明
引用的内容外,本学½论文的研究成果不包含任½他人享有著
½权的内容。对本文所涉及的研究工½做出贡献的其他个人和
集½,均已在文中以明确方式标明。
本人授权南京航空航天大学可以有权保留送交论文的复
印件,允许论文被查阅和借阅,可以将学½论文的全部或部分
内容编入有关数据库进行检索,可以采用½印、缩印或扫描等
复制手段保存论文。
(保密的学½论文在解密后适用本承诺书)
½者签名:
期:
南京航空航天大学硕士学½论文
在可再生½源发电系统中,由于可再生½源存在间歇性和随机性的问题,需要引入储½装
½,以便于提供稳定连续的电½。储½装½一般通过一个双向
DC-DC
变换器来控制½量的双
向传输。双有源全桥双向
DC-DC
变换器具有开关器件电压电流应力相对小、结构对称以及易
实现开关管的零电压开关(Zero-Voltage-Switching,ZVS)等优点,适用于中大功率场合。本文研
究该变换器的控制策略,以提高½输入或输出电压范围内的变换效率。
本文首先介绍移相控制时双有源全桥双向
DC-DC
变换器的工½原理和工½特性,解释了
其½½½时不½实现½开关的原因。在此基础上,本文详细分析单
PWM
加移相控制时双有源全
桥双向
DC-DC
变换器的工½原理和工½特性,
提出了一种优化的单
PWM
加移相控制策略,
½
变换器在½电压范围且全负½½范围内实现所有开关管的
ZVS,且大大减小了电感电流有效值。
为了进一步减小½½½时电路中的环流损耗,本文详细分析了双
PWM
加移相控制时双有源全桥
双向
DC-DC
变换器的工½特性,
提出一种复合
PWM
加移相控制策略,
½得½½½时电感电流有
效值最小且临界实现
ZVS。
本文最后研制一台
360V
输入、216V~360V 输出的
3kW
原理样机,并进行了实验验证。实
验结果表明,本文所提出的优化单
PWM
加移相控制策略和复合
PWM
加移相控制策略是可行
性,相对于移相控制方法,变换器的整½效率在½电压范围内½得到提高。½管复合
PWM
移相控制策略在½½½时电感电流有效值最小,½½½½时只是临界实现
ZVS,此时的效率½于优
化单
PWM
加移相控制策略。
关键词:双向
DC-DC
变换器,移相控制,脉½调制,½开关
I
PWM
加移相控制双有源全桥双向
DC-DC
变换器的研究
ABSTRACT
Renewable energy havs the feature of intermittence and randomness, energy storage devices are
always integrated with the renewable energy generation units to provide stable and continuous power.
In general, a bidirectional dc-dc converter is required to control bidirectional power transfer of the
energy storage devices. The dual active full-bridge bidirectional (DAB) dc-dc converter is ideally
suited for high power applications because of low voltage and current stresses for power devices,
symmetric structure and realization of zero-voltage-switching (ZVS). This thesis is dedicated to
proposing the control strategy of the DAB converter to improve the overall efficiency over the wide
input or wide output voltage range.
The operating principle and characteristics of the DAB converter with phase-shifted control is
first analyzed in this thesis, and the ZVS lost at light load is explained. Based on this, the operating
principle and characteristics of the DAB converte with single-side PWM plus phase-shifted control is
analyzed, and an optimal single-side PWM plus phase-shifted control is proposed to realize ZVS over
the whole load range while greatly reduce the root-mean-square (RMS) current. To further reduce the
circulation loss at light load, the characteristics of the DAB converter in dual-side PWM plus phase-
shifted control is analyzed and a hybrid PWM plus phase-shifted control is proposed, in which, the
RMS current is minimum and the DAB converter achieves critical ZVS at light load.
A 3 kW prototype with 360 V input and 216 V~360 V output voltage is built and tested in the lab
to verify the feasibility of the proposed optimal single-side PWM plus phase-shifted control and
hybrid PWM plus phase-shifted control. The experimental results show that the overall efficiency is
improved with the two proposed control and the RMS current at light load with hybrid PWM plus
phase-shifted control strategy is reduced compared to that with optimal single-side PWM plus phase-
shifted control strategy. However, the efficiency with hybrid PWM plus phase-shifted control is lower
than that with single-side PWM plus phase-shifted control due to the critical ZVS at light load.
Keywords:
Bidirectional dc-dc converter; Phase-shifted control; Pulse width Modulation, Soft-switching.
II
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