UPS用高效双向磁集成DCDC变换器的研制(插入版)

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双向dcdc变换器 (2)

双向dcdc变换器 (2)

双向 DC-DC 变换器简介双向 DC-DC 变换器是一种可以实现能量在两个方向上传输的电路,能够将能量从一个电源转移到另一个电源。

它在电动车、太阳能系统、电池储能系统等应用中得到广泛应用。

本文将介绍双向 DC-DC 变换器的原理、工作模式和应用。

原理双向 DC-DC 变换器通过两个独立的电感和开关器件实现能量的双向传输。

其拓扑结构常见的有升降压式和升压式两种。

在升降压式拓扑中,输入电源可以比输出电源的电压高或低;而在升压式拓扑中,输入电源的电压必须比输出电源的电压高。

下面介绍升降压式和升压式拓扑的工作原理:升降压式拓扑升降压式拓扑常用的桥式电感拓扑是最常见的升降压式拓扑。

其电路图和工作原理如下:升降压式拓扑升降压式拓扑在升降压式拓扑中,当开关 SW1 和 SW2 关闭时,电感 L1 储存电能;当 SW1和 SW2 开启时,通过二极管 D1 转移到电容 C1 上。

同样,当开关 SW3 和 SW4 关闭时,电感 L2 储存电能;当 SW3 和 SW4 开启时,通过二极管 D2 转移到电容 C2 上。

升压式拓扑升压式拓扑常用的桶式电感拓扑是最常见的升压式拓扑。

其电路图和工作原理如下:升压式拓扑升压式拓扑在升压式拓扑中,当开关 S1 关闭时,电感 L1 储存电能;当 S1 开启时,通过二极管 D1 转移到电感 L2 上。

此时,电容 C1 上的电压逐渐升高,最终达到所需的输出电压。

工作模式双向 DC-DC 变换器有三种工作模式:降压模式、升压模式和反向电流保护模式。

降压模式降压模式是指输入电压高于输出电压的情况。

在此模式下,开关器件周期性地开启和关闭,以维持输出电压在设定范围内。

当开关器件关闭时,电感和电容储存能量;而当开关器件打开时,能量从电感和电容中释放,通过二极管传递到输出端。

这个过程会不断循环,以保持输出电压稳定。

升压模式升压模式是指输入电压低于输出电压的情况。

在此模式下,开关器件周期性地开启和关闭,以提供所需的输出电压。

并网UPS的双向DC/DC变换器及改进移相控制

并网UPS的双向DC/DC变换器及改进移相控制

a a s ft dt n i ̄ hs— ie ot l sae , i p pr pooe n m m e h s- ie ot l n l i o r io a s e p aes f d cn o t tg t s ae rp ss a ip v d p aes f d cnr ys a il n ht r r y h ht o
me o .o prd wt te f me n , a w dut l p aesie ao n lvr l cnrln a t dC m ae i h o roe i hs to ajs be hs・ f d r isa d mutai e ot l g cn h h r t a ht t i a b oi
( 华 大学 , 清 电机 工 程 与 应 用 电子 技 术 系 ,北 京 10 8 ) 0 0 4
摘要: 隔离 双 向 D / C变 换器 作 为新一 代并 网不 间断 电源 ( P ) 统的核 心单 元直 接影 响着 系统效 率 。在对 CD U S系 传 统单 移相控制 进行 分析 的基础上 , 出一 种改进 移相控 制方法 。相 比单移 相控制 , 提 改进移 相控 制具有 两个可 调 节移 相 比, 通过 多变 量控制 可更加 灵活地 调节功 率大 小和流 向 , 从而 改善系 统 电流应力 和传输 效率特 性 。给 出 了改进移 相控制 的工 作 原理 , 并对 比分析 了单移 相和 改进 移相 控制 的 电流应 力特性 。利 用 F G P A和 D P作 S 为主控 器件 , 建 了系 统实验 平 台 , 搭 实验 结果 验证 了理论 与仿真 分析 的正确性 。
s e s c aa t r t s i o t o s a e c mp rt ey a ay e . P n P ae e e si n b t me h d o a ai l n z d F GA a d DS r mp o e s t e k y c n l n r i c h r v l r i

双向DCDC变换器研究

双向DCDC变换器研究

双向DCDC变换器研究
一、引言
随着能源和电力行业的发展,人们对电能质量和能源使用效率的要求
越来越高,对双向DCDC(双向低压直流-高压直流)变换器的研究也越来
越多。

双向DCDC变换器可以将低压直流电源转换为高压直流电源,或者
将高压直流电源转换为低压直流电源,有效提高电力系统的能源利用效率,减少能源损耗,从而满足电能质量改善和能源技术的发展需求。

二、双向DCDC变换器(Bidirectional DC/DC Converter)
双向DCDC变换器是将低压直流电源转换为高压直流电源的电子器件。

它利用半导体及其辅助电路来模拟正反变换过程,实现低压直流电源和高
压直流电源之间的互换。

它是一种双向转换器,可以同时完成正反转换,
主要用于电能质量技术方面的发展,如智能电网及新能源等应用。

三、双向DCDC变换器的调整
1、调节输出电压
调节输出电压的关键是控制反向电路的转换效率和输出电流,包括误
差放大器,比较器,调节电阻,芯片等等。

双频DC-DC变换器的磁集成技术

双频DC-DC变换器的磁集成技术

双频DC-DC变换器的磁集成技术在现代电子设备的心脏——电源管理领域,双频DC-DC变换器如同一位精密的指挥家,巧妙地协调着电能的流转。

而其磁集成技术,则宛如这位指挥家手中的魔法棒,通过精妙的设计,使得电源变换的效率和性能得到了显著的提升。

今天,就让我们一同走进这个充满科技魅力的话题,探索磁集成技术的奥秘。

首先,磁集成技术的核心在于它的“集成”二字。

就像一幅精心构图的画作,每一个元素都被巧妙地安排在恰当的位置,共同构成了一个和谐的整体。

在双频DC-DC变换器中,磁集成技术将电感、变压器等磁性元件融合在一起,形成了一个紧凑的结构。

这种设计不仅节省了空间,还减少了元件间的损耗,提高了转换效率。

其次,磁集成技术的应用,就像是给变换器穿上了一双“隐形的翅膀”。

它使得变换器能够在高频率下稳定工作,而不会产生过多的电磁干扰。

这就好比是在嘈杂的市场中,我们能够清晰地听到对方的言语,而不是被周围的喧嚣所淹没。

这种高效率和低干扰的特性,使得双频DC-DC变换器在各种应用场景中都能够游刃有余。

然而,磁集成技术并非没有挑战。

正如攀登珠穆朗玛峰需要面对严酷的环境一样,磁集成技术的实施也需要克服诸多困难。

例如,如何在有限的空间内实现高效的磁集成,如何保证在不同工作条件下的稳定性,以及如何解决热管理问题等。

这些挑战就像是一道道关卡,考验着工程师们的智慧和创新能力。

尽管如此,磁集成技术的发展仍然势不可挡。

它就像是一股激流勇进的洪流,冲刷着传统的电源设计方式,带来了更加高效、紧凑和环保的解决方案。

在未来,随着无线充电、新能源汽车等领域的快速发展,双频DC-DC变换器的磁集成技术必将扮演更加重要的角色。

总结来说,双频DC-DC变换器的磁集成技术就像是一颗璀璨的明珠,镶嵌在现代电源管理的皇冠上。

它以其独特的魅力和强大的功能,正在引领着电源技术的未来发展方向。

虽然前路仍然充满了挑战,但我们有理由相信,在工程师们的不懈努力下,这颗明珠将会发出更加耀眼的光芒。

双重移相控制的双向全桥DCDC变换器及其功率回流特性分析

双重移相控制的双向全桥DCDC变换器及其功率回流特性分析

双重移相控制的双向全桥DCDC变换器及其功率回流特性分析一、本文概述本文旨在对双重移相控制的双向全桥DCDC变换器进行深入研究,并探讨其功率回流特性。

随着电力电子技术的快速发展,DCDC变换器作为能源转换与管理的核心组件,广泛应用于电动汽车、可再生能源系统、数据中心等众多领域。

其中,双向全桥DCDC变换器因其高效率、高功率密度和灵活的能量双向流动特性而受到广泛关注。

双重移相控制策略作为一种先进的调制方法,能够有效优化双向全桥DCDC变换器的性能。

它通过独立控制两个桥臂的移相角,实现输出电压和电流的精确调节,同时提高变换器的整体效率。

然而,双重移相控制策略也带来了复杂的功率回流问题,即在变换器工作过程中,部分功率会在不同桥臂之间回流,导致能量损失和效率下降。

因此,本文将对双重移相控制的双向全桥DCDC变换器的功率回流特性进行深入分析。

我们将建立变换器的数学模型,明确功率回流产生的机理和影响因素。

然后,通过仿真和实验验证,研究功率回流对变换器性能的影响程度,并提出相应的优化措施。

我们将总结双重移相控制策略在双向全桥DCDC变换器中的应用前景,为相关领域的研究和实践提供参考。

二、双重移相控制的双向全桥DCDC变换器基本原理双重移相控制的双向全桥DCDC变换器是一种高效、灵活的电能转换装置,能够实现双向的电能传输和功率回流。

其基本原理在于通过两个独立的移相控制策略,分别控制全桥变换器的两个桥臂,从而实现输入与输出之间的电压和电流的灵活调节。

变换器由两个全桥电路组成,每个全桥电路包括四个开关管,通过控制开关管的通断状态,可以实现电能的输入和输出。

双重移相控制策略则通过独立控制两个全桥电路的移相角,实现电能的高效转换。

在功率回流过程中,双重移相控制策略可以有效地调整回流电流的大小和方向,从而实现功率的高效回流。

具体而言,当变换器工作在逆变状态时,通过调整移相角,可以控制回流电流的大小和方向,使其与输入电流相匹配,从而实现功率的高效回流。

基于超级电容的双向DCDC变换技术研究

基于超级电容的双向DCDC变换技术研究

谢谢观看
而非隔离型变换器虽然成本低,但体积和重量较大,效率较低。在控制策略方 面,双向DCDC变换器主要采用PWM(脉冲宽度调制)和PFM(脉冲频率调制) 等控制方法来实现电压的稳定输出。
超级电容在双向DCDC变换技术中 的应用
超级电容在双向DCDC变换技术中具有重要的作用。首先,超级电容具有高功率 密度和快速充放电的特性,可以在短时间内吸收和释放大量的能量,这使得它 在双向DCDC变换器的设计和应用中成为一种非常有效的储能元件。其次,超级 电容的循环寿命长,可以经过多次充放电而保持性能稳定,这对于需要长时间 运行和频繁充放电的设备来说是非常重要的。
1、高效能变换器的研究:目前,许多双向DCDC变换器都存在着效率较低的问 题,这使得能源的转换和利用效率不高。因此,未来的研究将更加注重提高变 换器的效率,以实现能源的高效利用。
2、超级电容性能提升:超级电容作为一种先进的储能元件,其性能的提升也 将是未来研究的重要方向。例如,通过改进超级电容的材料和结构,提高其能 量密度、充放电速度和循环寿命等性能指标。
结论
本次演示对基于超级电容的双向DCDC变换技术进行了深入探讨,旨在为相关领 域的研究和实践提供有益的参考。通过分析双向DCDC变换技术的原理和超级电 容在其中的应用,以及现有的研究成果和发展趋势,我们可以看到未来该领域 的发展方向和研究重点。未来的研究将更加注重高效能变换器、超级电容性能 提升、系统集成和优化以及智能控制策略等方面的研究,以实现能源的高效利 用和推动相关领域的技术进步。
双向DCDC变换技术原理
双向DCDC变换器是一种能够实现能量双向传递的电路,它可以将直流电源转换 成另一路直流电源。其原理主要是通过开关器件和磁性元件的控制来实现电压 的变换。根据电路实现方式的不同,双向DCDC变换器可分为隔离型和非隔离型 两种。其中,隔离型变换器具有体积小、重量轻、效率高等优点,但同时也具 有成本高、可靠性差等缺点。

双向储能系统DCDC变换器设计

双向储能系统DCDC变换器设计

双向储能系统DC/DC 变换器设计本报告设计了双向储能系统DC-DC 变换器,并基于计算机仿真PSCAD 软件进行了仿真,器变换器拓扑如图1(a)所示,其中左侧为低压侧,接储能电池,右侧为高压侧,接负载与分布式电源,变换器电感为5mH ,高压侧稳压电容为3000μf ,开关频率为6000Hz 。

变换器控制策略采用双闭环定电压控制,外环为电压环,内环为电流环,从而起到稳定高压侧电压的作用,如图1(b)所示。

图1(a) 变换器拓扑图1(b) 变换器控制策略1 低压侧:V dc :35-50V ;电流纹波<3%(满载充电工况下)由于锂离子电池电压会随着SOC 波动,其波动范围为35-50V ,因此首先需要对锂离子电池进行建模。

查阅文献可知,可使用单变量函数描述锂离子电池SOC 与电池端电压之间的关系。

由于当SOC 为0时,电池端电压为35V ;当SOC 为1时,电池端电压为50V ,因此利用典型的单变量函数可以得到本文中锂离子电池的数学模型,即3523out 10.345( 1.031 3.6850.21560.11780.3201)7.544SOC u e SOC SOC SOC -=-++-++ (1) 根据模型可以得到PSCAD 锂离子电池模型如图2所示。

仿真可得其SOC-电压特性曲线如图3所示。

图2 PSCAD 锂离子电池模型图3 锂离子电池SOC-电压特性曲线由按秒特性原理,可知电流纹波与高低压侧电压及电感有关,可以得到稳态下的电感电流纹波为in in out in out in in L out (1)()222u u T u u u u u dT i T L L u L--∆=== (2) 其中u in 为低压侧输入电压,u out 为高压侧输出电压,T 为开关周期,L 为电感满载时电流最大值为max 1000W 28.57A 35Vi == (3) 因此有in out in out ()28.570.030.8571A 2u u u T u L-≤⨯= (4) 由(2)可知当u in 最小时,电流纹波有最大值,u in =35V 代入可得0.0031L ≥H (5)因此L 取5mH 可以满足要求,其电流纹波的仿真波形如图4所示,可以看出电流纹波不到0.7A ,满足要求。

双向DCDC变换器电路设计

双向DCDC变换器电路设计
这 里 所说 的D.A体 系 指 的是 经过 混合 形 式 处理 的 导 电介质 ,在 结 构 薄膜 中所 具有 的 异质 结构 进 行不 断 的深入 与渗 透 的转 化过 程 , 此 过程 能 够满 足使 用 者对 于 电能 的实 际 需求 , 同时也 可 以使得 网络 输 出 的工 作要 求 到 实现 ,其 通过 对 于结 构 中缺 失 问题 的弥补 ,有 效 的实 现 了 电流及 能源 的传 送 过程 ,极大 程度 的支 持 了电荷转 移分 离 的 技术 操作 。D.A材 料 可 以满 足传 统 的混 合材 料 对 于传 输 电能 结 构 的 实际影 响 ,从 而使 得 缺失 中 电量损 失 降到 最低 ,使得 有机 太 阳 能电 池的 工作 效 率得 到 有效 提 升 。而D.A材 料在 有机 太 阳 能 电池 中 的应 用 也是 当前 相关 科研 工 作 的主要 研究 内容 。 3.4 有机 无机 杂化体 系
1.引言
2.电路原 理图
非 隔离 型DCDC变 换 ,主 要包 含升 压 、 降压 、 升 降压变 换 器 以 及双 向DCDC变 换器 。为 了完 成 比赛相 应 的 指标 ,需要 采集 电路 的
双  ̄JDCDC变 换器 ,主 电路 采用半桥 结构 ,电路 的输出 电压极性 与输入 电压 极性相 同, 电感 的 电流 可正可负 。电压检 测采用 电阻分压
图1主 电路及驱动 电路设计原理 图
图2仿真 电路框图
电压 电流信 号 。 电压检 测 通常 采用 的办法 有 电压霍 尔检 测 和 电阻分 的方法实现 ,电流检测采用检 测 电流取样 电阻上的 电压方法 实现 。
压检 测 的 办法 , 电流检 测 通常 运用 采样 电阻进 行 电流采 样 。本 文通

多电池组储能系统双向DCDC变换器的研制

多电池组储能系统双向DCDC变换器的研制

多电池组储能系统双向DC-DC变换器的研制摘要:介绍了多电池组储能系统中常用几种电池充放电变换器的主电路拓扑和工作原理,并对与电池连接的双向DC-DC变换器的控制策略进行了研究。

研制了一台由3 路双向DC-DC 变换器和1 路双向PWM 变流器构成的电池充放电系统,功率为120 kW,能满足3 路电池的独立充放电要求。

在锂电池储能系统中的实验结果表明,研制的双向DC-DC 变换器,具有电池充电、电池放电、孤岛运行和电池互充放电等多种功能,而且充电电流纹波电流小于0.5%,波形平滑,可适用于多组,宽围电压的电池组的充放电要求。

0 引言在当今全球绿色能源、节能减排战略中,不仅把风力发电、太阳能发电、生物发电和核能发电技术作为优先发展和政策扶持的对象,而且将能量储存技术也作为今后的研究方向,特别是电池储能系统,它不仅犹如一家特殊"银行",可以将夜间的"谷电"存起来白天用,或是将平日富余的电能存起来,到电力紧甚至供电中断时拿出来一解燃眉之急。

而且也是城市电网削峰填谷的"调度高手",更是风光互补储能系统的关键设备不管是新能源的发展、还是智能电网的发展都离不开它。

在电池储能系统有两个重要的组成部分,第一就是号称"心脏"的电池储能系统中的电池,负责能量的存储和释放;第二个就是号称"大动脉"的电池储能系统中的充放电变换器,它是电池储能系统能量传递的双向高速通道。

二者缺一不可,密不可分。

电池储能系统中的电池不再单单采用传统的铅酸蓄电池,钠硫电池、钒电池、锂电池和镍氢电池等也纷纷在电池储能系统中使用,因此电池储能系统对充放电变化器的要求也越来越高,他不仅要求充放电变化器具有传统的充放电功能,还需满足电池电压的宽围运行、快速充放运行、瞬时大功率输出运行、无功补偿运行、孤岛运行及多组电池的充放电运行要求。

本文对多电池组储能系统中电池充放电变换器的主电路拓扑和工作原理进行了分析,特别是与电池接口的双向DC-DC 变换器进行了研究,在此基础上,研制了一台由"多路双向DC-DC 变换器"和"双向并网变流器"构成的120 kW 电池储能系统变换器。

一种高效隔离的双向DC/DC变换器

一种高效隔离的双向DC/DC变换器
振 侧 开 关 管零 电 压 开 关 ( z v s ) 和 整 流 侧 整 流 二 极 管零 电 流 开 关 ( Z C S ) ,减 小 了损 耗 ,提 高 了效 率 ,降低 了
电磁 干扰 ( E MI ) ,验 证 了双 向 D C / D C 变换 器对 称 拓 扑 结 构及 其 谐 振 电路 参 数 计 算 方 法 的 正 确 性 。
YAN Xi a n g - WU, YANG Li — mi n g,LI ANG Xi a o,ZHAO Hu i - c h a o,ZH ANG Bo
( S t a t e K e y L a b o r a t o r y o f A l t e r n a t e E l e c t r i c a l P o w e r S y s t e m N o t r h C h i n a E l e c t i r c P o w e r U n i v e r s i t y , B e i j i n g 1 0 2 2 0 6 ,C h i n a )
t i o n a l DC/DC c o n v e r t e r s c o r e a na l y z e d,f u th r e r mo r e, a n i s o l a t e d,hi g h e ic f i e n c y, h i g h p o we r d e n s i t y LLC r e s o n a n t
t e c hn o l o g y ne e ds o f t he b i - d i r e c t i o na l DC/DC c o n v e te r r whi c h ha s t h e a d v a n t a g e o f h i g h e ic f i e nc y, s ma l l s i z e, g o o d d y na mi c p e fo r r ma nc e a nd l o w c o s t a r e i nc r e a s i ng . Th e a d v a n t a g e s a nd d i s a d v a nt a g e s o f t he t r a d i t i o na l i s o l a t e d bi ・ di r e c —

基于磁隔离双向传输的多功能DCDC变换器设计

基于磁隔离双向传输的多功能DCDC变换器设计

0引言随着国内航天器系统性能的不断提升,整机单位对于高可靠、多功能、小体积的厚膜大功率DC/DC变换器的需求也越来越多。

单机设计者为减少体积、简化设计、提高可靠性,往往希望所用的DC/DC变换器能够具有自我保护、远程遥控、多块产品并联等能力[1]。

在空间站、载人航天、商业卫星等航天领域中,许多用户提出了66W~120W大功率输出,具有过流保护、禁止、并联均流等辅助功能的抗辐照DC/DC变换器研发需求。

目前,此类DC/DC变换器的来源主要依赖进口,如美国Interpoint 公司的MOR系列DC/DC变换器。

因此开发国产大功率多功能DC/DC变换器十分必要。

1方案设计1.1主电路设计开关电源的主电路通常包含两部分:主功率拓扑和反馈控制电路。

主功率拓扑结构是DC/DC变换器的基础。

对于隔离式DC/DC变换器,电路基本拓扑结构的选择主要有以下几种:单端正激式、单端反激式、推挽式、半桥式。

鉴于该DC/DC变换器用于空间环境,主功率拓扑优先采用单端式拓扑结构[2]。

从大功率输出的角度来考虑,优选单端正激拓扑结构。

常规DC/DC变换器通常采用光耦实现隔离反馈功能,而在空间辐照环境下,光耦的电流传输比下降明显,严重时会使DC/DC变换器开环,输出电压失控[3]。

因此,可采用对辐照不敏感的磁反馈隔离技术实现电路闭环控制,从而保证输出电压的稳定,提高DC/DC变换器抗辐照能力。

此DC/DC变换器要求具有过流保护、禁止、并联均流等多个辅助功能,因此可设计磁隔离双向传输电路来实现反馈控制和辅助功能拓展。

具体电路如图1所示。

图1中的电路功率级采用单端正激拓扑结构,在反馈控制部分,DC/DC变换器初级采用PWM控制器和比较器生成与开关频率相同的载波信号,通过隔离变压器基于磁隔离双向传输的多功能DC/DC变换器设计贺啟峰,高东辉,徐成宝(中国电子科技集团公司第43研究所,安徽合肥230088)摘要:针对航天器单机系统对二次供电电源需求,以宇航用大功率多功能DC/DC变换器为研究对象,提出一种基于磁隔离双向传输反馈控制的DC/DC变换器电路结构,并在此电路基础上拓展出过流保护、禁止、并联均流等辅助功能。

一种适合UPS应用的新型零电压开关双向DC-DC变换器

一种适合UPS应用的新型零电压开关双向DC-DC变换器

更多学习资料请登录网址【申论备考】2018年国家公务员考试热点-无人超市公考小编寄语:2018年国家公务员考试在2017年11月份,考生要好好备考!公考小编整理了一些资料,备考的伙伴可以每天抽出一点时间学习学习!更多资料敬请关注公考论坛,祝愿考生都能取得好的成绩![综合分析]无人超市,是人工智能走入寻常生活的又一创举,但毋庸讳言,任何事物都具有两面性,诚如人们所担忧的,人工智能的出现难免给相关行业、职业的劳动者带来“生存危机”新技术淘汰落后技术是永恒的主题。

然而,回顾科技进步历程,情况并没有那么糟。

蒸汽机的发明,让人类从此进入了机器时代。

但机器取代劳力,想必在当时也引起了很多人的恐慌。

然而,机器时代,让很多人学会了制造机器,修理机器,操作机器;汽车的出现,让马车车夫失业了,但汽车产业和运输业的发达,反而创造了更多的工作岗位。

辩证来看,事物总是存在正反两个方面,一方面它可能促使某些东西消亡,但同时它又会催生新的事物。

回顾科技进步史,每一次技术创新都带来一轮新的产业革命,最终推动人类文明向前迈进一大步。

从这一点来说,其实我们也没有必要对新生事物感到过分恐慌。

正如无人超市一样,或许它最终会取代传统零售。

但它同时会创造新的工作岗位:比如理货员、配送员、维修员、程序员。

新闻机器人可以采写简单的新闻作品,但永远无法写出有温度的作品。

那些努力抵达新闻事件核心、关注细节和人文的新闻人,是任何机器都无法替代的。

然而,这并不意味着,面对人工智能技术的日新月异,我们可以盲目乐观。

将来的人工智能可能不仅仅是下个棋、做个账、端个菜这么简单。

面对人工智能的来势汹汹,除了恐慌,我们还可以做更多的工作。

[参考对策]总结如下措施:首先,我们要跟上科技的发展,成为科技的使用者而不是旁观者。

通俗地说,出门买个菜,除了现金,你还得学会使用微信、支付宝。

其次,要加强学习。

就目前而言,机器人取代的是简单的重复性的工种。

比如汽车工厂流水线上的喷涂、装配等。

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哈尔滨工业大学工程硕士学位论文
摘 要
在工业 UPS、通信电源、配电网等领域内,大功率直流变换器的应用场合越 来越多, 同时人们也要求其具有可控双向能量流动的功能。 本文针对一种工业 UPS 中用于电池环节的双向大功率 DC/DC 变换器进行研制设计,并对模块化变换器磁 性元件的优化设计和并联均流的控制策略做了深入的研究。 工业 UPS 电池环节 DC/DC 变换器设计要求结构简单,可操控型强,因此,为 避免端电压极性与能量流动方向间的冲突,本课题采用级联结构拓扑,功能上实 现正反向 BUCK-BOOST 升降变压,能量双向可控流动;并基于多重化原理,通过 多分支并联结构扩展变换器的功率等级;为有效减小设备体积,还应用磁集成方 法设计电感元件,提高变换器功率密度。 在多重化并联结构基础上,本文提出三种大功率电感设计方案: “独立电感、 分立式耦合电感与分支耦合电感” ,综合三种交错并联硬件结构,设计采用不易饱 和的磁集成等匝数比电感,并利用耦合作用产生的互感克服电感设计降额使用的 缺点,进一步满足系统在电压电流纹波、动态响应、瞬态与稳态特性方面的要求。 仿真结果表明,设计的两种耦合电感在级联结构内,恒功率条件下负载调整率良 好,纹波等满足理论设计要求。限于实际条件,本文仅采用分立式耦合电感搭建 了硬件平台,同时对变换器的大功率损耗估算和温升等问题作了探究。通过硬件 平台上实测效率数据与理论计算结果的对比,验证双向变换器设计合理性。 本文还研究了大功率变换器模块间的并联均流问题,即分立式耦合电感电流 均流问题。通过最优二次型定向整定 PID 调节参数,为正向工作时前级单元设计 抗扰及快速响应的调制器,后级根据需要设计电压环与均流环双闭环反馈。恒功 率负载条件下,选择无主从前置关系的平均电流法设计双环均流控制策略,将后 级输出负载对前级的影响降到最低,保证多分支并联条件下模块间的均流稳定输 出。通过闭环补偿,验证双环结构下,剪切穿越频段差异是避免双环相互影响的 必要条件。通过仿真验证耦合电感和并联均流理论推导的结果。 最后在 80kW UPS 实验样机平台上进行验证性实验,验证实际耦合电感设计 与模块均流效果。 关键词:双向 DC/DC 变换器;级联结构;磁集成;并联均流
Classified Index: TM461.5 U.D.C: 621.3
Dissertatቤተ መጻሕፍቲ ባይዱon for the Master ’s Degree in Engineering
DEVELOPMENT OF BIDIRECTIONAL DC/DC CONVERTER BASED ON INTEGRETED MAGNITIC FOR UPS
-I-
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文
Abstract
High-power DC-DC converter applications with controllable bidirectional energy flow features are more needed in the field of common power supply system like industrial UPS, communication systems, distribution networks and so on. In this paper bidirectional power DC / DC converter design are focused which is applied in industrial UPS Battery part. Also the control strategy for parlllel modules flow and integreted magnetic components are discussed in depth. Based on industrial UPS battery link design requirments, half-bridge cascade structure is adopted in this project to avoid conflicts between voltage and energy flow direction. In order to achieve functional swing forward and backward BUCK-BOOST mode and controllable bidirectional energy flow. With the application of the multiple principle, in multi-branch structure the converter power rating and power density are improved and the equipment size reduced effectively. Within the multiplexed parallel structure, hard saturation IM inductors are designed. The indutcors which are proposed in this paper for high-power DC-DC converter designed in equal turn ratio to overcome the disadvantages of design derating by mutual inductance. While further satisfy the system voltage and current ripple, dynamic response, transient characteristics are further satisfied. Simulation results show that for the coupled inductor in cascade structure, the under conditions of constant power load regulation is good and current ripple meet the design requirements. Beside, the converter power loss and temperature rise as other issues have been estimated. The reasonableness of the bidirectional converter design are verified through comparison between theoretically calculated and measured efficiency data. Based on Inter modular design, parallel flow problem on high-power converter modules in this paper are focused. Namely discrete coupled inductor current average flow problems are discussed. Through PID regulator with optimized quadratic directed by changing parameters, designed Immunity and rapid response modulator for the first unit are designed, double dual-loop feedback for the later stage. For constant power load, flow control strategy without ownship are picked. Average current flow control are designed to low the affection to minimum for the latter stage. Stable output under all flow conditions for a multi-branch parallel between modules are ensured. Gap between cut through frequency bands haved avoided the impact between the double loop. Through simulation coupled inductors and parallel current theoretical are proved. Finally, experiments on 80kW UPS prototype to verify the actual modules with coupled inductor design and flow effects. Keywords: BDC, Cascade structure,Integreted magnetic, Parallel Flow
学校代码:10213 密级:公开
工程硕士学位论文
UPS 用高效双向磁集成 DC/DC 变换器的研制
硕 士 研 究 生: 韩 银 导 师 : 和军平副教授
申 请 学 位: 工程硕士 学 科: 电气工程
所 在 单 位 : 深圳研究生院 答 辩 日 期 : 2014 年 12 月 授予 学位 单位 : 哈尔滨工业大学
ABSTRACT ................................................................................................................ II 第1章 绪 1.1 课题背景和意义................................................................................................. 1 1.2 大功率双向 DC/DC 变换器的研究发展现状 .................................................... 3 1.2.1 双向 DC/DC 变换器的应用和发展现状 .................................................... 3 1.2.2 UPS 用双向 DC/DC 变换器的技术研究现状 ............................................. 4 1.3 DC/DC 变换器未来技术的发展方向 ................................................................. 8 1.4 本文的主要研究内容 ......................................................................................... 8 第 2 章 UPS 电池环节大功率双向 DC/DC 变换器设计 .......................................... 10 2.1 引言 .................................................................................................................. 10 2.2 级联式双向 DC 变换器的工作特性分析 ......................................................... 10 2.2.1 双向 DC/DC 变换器概述 ......................................................................... 10 2.2.2 DC/DC 变换器级联拓扑结构 .................................................................... 11 2.2.3 级联拓扑工作状态选择条件 .................................................................... 12 2.3 多重化交错并联技术 ....................................................................................... 15 2.4 模块并联设计 .................................................................................................. 17 2.4.1 模块内并联设计 ....................................................................................... 17 2.4.2 模块间并联设计 ....................................................................................... 18 2.5 本章小结 .......................................................................................................... 20 第 3 章 耦合电感设计及分析 ................................................................................... 21 3.1 引言 .................................................................................................................. 21 3.2 电感耦合方案分析........................................................................................... 21 3.3 电感耦合等效原理分析 ................................................................................... 23 3.3.1 耦合方案 1 等效电路及分析 .................................................................... 23 3.3.2 耦合方案 2 等效电路及分析 .................................................................... 24 3.3.3 耦合方案 3 等效电路及分析 .................................................................... 25 3.3.4 耦合原理仿真验证 ................................................................................... 28 3.4 变换器耦合电感设计及损耗计算.................................................................... 29 3.4.1 耦合电感设计 ........................................................................................... 29
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