高效隔离型桥式DCDC变换器的研制
隔离式双向DCDC变换器的研究
2019年第4期135研究与探讨信息技术与信息化隔离式双向DC/DC 变换器的研究梁承权* 吕德深 黄世玲 朱浩亮 李光平LIANG Cheng-quan LV De-shen HUANG Shi-ling ZHU Hao-liang LI Guang-ping摘 要 本文对隔离式双向DC/DC 变换器拓扑结构进行对比，选择电压等级和功率等级较高的全桥双有源桥变换器作为研究对象。
对全桥双有源桥变换器基本原理进行详细的分析，绘制出变换器稳态工作时关键节点电压和电流的波形。
分析表明，全桥双有源桥变换器不仅易于实现开关管的零电压开关，能量能够双向传输，控制方法简单。
关键词 拓扑结构；全桥双有源桥变换器；零电压开关doi：10.3969/j.issn.1672-9528.2019.04.043* 南宁学院机电与质量技术工程学院 广西南宁 530200[基金项目] 2019年度广西高校中青年教师科研基础能力提升项目（2019KY0933）1引言随着生产力与经济的快速发展，化石燃料等传统能源的消耗有增无减。
为了响应节能减排的号召，对于新能源，如光伏以及风电的开发受到了越来越多的重视。
然而光伏以及风电等新能源在能量供应的持续性以及稳定性上有所不足，于是需要采用电力电子变换装置来实现电压或电流的稳定输出[1]。
隔离式双向DC/DC 变换器特点在于可以实现功率的双向流动，并且能够保证输入侧与输出侧的电气隔离[2]。
因此，隔离式双向DC/DC 变换器在新能源电动汽车、光伏发电、不间断电源系统、风电以及直流功率放大器等场合得到了广泛的应用。
2 隔离双向DC/DC 变换器拓扑结构介绍双有源桥式双向DC/DC 变换器（DAB）是近几年研究较多的一种隔离式双向DC/DC 变换器，这种双向DC/DC 变换器由两个桥式变换单元、电感器、电容器和高频隔离变压器等构成。
常见的半桥式双有源桥变换器如下图1所示。
图1 半桥双有源桥变换器电路结构原边和副边的桥式网络均为两个开关管构成的半桥组成，均压电容C1和C2保证原边电压为方波。
《隔离式光伏发电用推挽正激DC-DC变换器的研究》范文
《隔离式光伏发电用推挽正激DC-DC变换器的研究》篇一隔离式光伏发电用推挽正激DC-DC变换器的研究一、引言随着可再生能源的日益重要性和光伏发电技术的快速发展，隔离式光伏发电系统中的DC/DC变换器已成为研究的热点。
推挽正激DC/DC变换器作为其中一种高效的转换方式，其在提高系统效率和保证能量传输的稳定性方面发挥着重要作用。
本文旨在研究隔离式光伏发电系统中使用的推挽正激DC/DC变换器，探讨其工作原理、性能特点及优化策略。
二、推挽正激DC/DC变换器的工作原理推挽正激DC/DC变换器是一种双管正激电路，其工作原理主要基于推挽电路和正激电路的组合。
在正常工作时，两个开关管交替导通和关断，实现能量的传递和转换。
当其中一个开关管导通时，电流通过变压器和开关管传输到输出端，从而实现能量的传递。
在推挽正激电路中，通过控制开关管的导通和关断时间，可以实现对输出电压的精确控制。
三、隔离式光伏发电系统中的应用在隔离式光伏发电系统中，推挽正激DC/DC变换器起着重要的作用。
首先，它能够将光伏电池板产生的直流电转换为适合系统使用的电压。
其次，通过变压器的隔离作用，保证了系统安全可靠地运行。
此外，推挽正激电路的高效率、高功率密度和良好的可靠性使得其在光伏发电系统中得到广泛应用。
四、性能特点及优化策略推挽正激DC/DC变换器具有以下性能特点：一是高效率，能够有效地将光伏电池板产生的电能转换为可用电能；二是高功率密度，能够在有限的体积内实现高功率的转换；三是良好的可靠性，能够保证系统长时间稳定运行。
为了进一步提高推挽正激DC/DC变换器的性能，可以采取以下优化策略：一是优化电路拓扑结构，降低电路损耗；二是采用高频开关技术，提高系统的动态响应速度；三是优化控制策略，实现系统的最大功率点跟踪；四是采用先进的散热技术，降低系统的温度，提高系统的可靠性。
五、实验与结果分析为了验证推挽正激DC/DC变换器的性能及优化策略的有效性，我们进行了实验研究。
《2024年隔离式光伏发电用推挽正激DC-DC变换器的研究》范文
《隔离式光伏发电用推挽正激DC-DC变换器的研究》篇一隔离式光伏发电用推挽正激DC-DC变换器的研究一、引言随着可再生能源的日益重要性和普及性，光伏发电技术得到了广泛的应用。
为了更有效地利用太阳能并提高其发电效率，隔离式光伏发电系统中的DC/DC变换器显得尤为重要。
本文将重点研究隔离式光伏发电用推挽正激DC/DC变换器，探讨其工作原理、性能特点及其在光伏发电系统中的应用。
二、推挽正激DC/DC变换器的工作原理推挽正激DC/DC变换器是一种高效的直流电源转换器，其基本工作原理是通过两个开关管交替工作，将输入的直流电压进行升压或降压，并输出到负载。
在隔离式光伏发电系统中，推挽正激DC/DC变换器能够有效地实现电压匹配和功率传输。
三、推挽正激DC/DC变换器的性能特点推挽正激DC/DC变换器具有以下性能特点：1. 高效率：推挽正激结构能够实现高电压增益和低损耗，从而提高系统效率。
2. 良好的可靠性：由于采用了两个开关管交替工作，可以有效地延长系统的使用寿命。
3. 良好的隔离性能：隔离式结构能够有效防止电源与负载之间的电信号干扰，保证系统的安全性和稳定性。
4. 适用于宽范围输入电压：推挽正激DC/DC变换器适用于不同光伏电池的输出电压范围，具有较好的适应性。
四、隔离式光伏发电系统中推挽正激DC/DC变换器的应用在隔离式光伏发电系统中，推挽正激DC/DC变换器主要用于实现光伏电池与负载之间的电压匹配和功率传输。
具体应用包括：1. 最大功率点跟踪（MPPT）：推挽正激DC/DC变换器能够实时监测光伏电池的输出电压和电流，通过控制开关管的占空比，实现最大功率点跟踪，从而提高光伏系统的发电效率。
2. 电压匹配：推挽正激DC/DC变换器能够将光伏电池的输出电压升高或降低到适合负载的电压范围，实现电压匹配。
3. 功率传输：通过调节开关管的占空比和频率，推挽正激DC/DC变换器能够实现光伏系统的功率传输和分配。
五、实验研究与分析本文通过实验研究了对推挽正激DC/DC变换器的性能进行测试和分析。
小型光伏发电系统中的隔离型dc-dc变换器设计
小型光伏发电系统中的隔离型dc-dc变换器设计DC-DC变换器设计摘要研究了应用于光伏发电系统中的隔离型DC-DC变换器，分析了全桥变换器的工作原理和存在的一些问题，采用了一种基于Boost变换器和移相全桥ZVS DC-DC变换器的组合式前级隔离型 DC-DC变换器，将MPPT控制和全桥变换环节的四个开关管的控制有效解耦。
简要介绍了MPPT技术的发展，对常用的三种MPPT技术的原理和存在的问题进行了分析和比较，并选择扰动观察法作为MPPT控制技术。
设计了总体方案，对主电路中各元器件的参数进行了设计，包括对滤波电容、谐振电感、高频变压器和输出滤波器的设计。
基于IR2110对Boost升压环节的驱动进行了设计，基于UC3875对全桥DC-DC变换环节的控制和驱动进行了设计。
基于 LPC2131 对控制软件进行了设计。
在硬件设计的基础上，在matlab的Simulink模块中进行了光伏发电系统的建模、仿真和分析。
以移相全桥电路为核心搭建了原理样机。
实验结果表明，所搭建的原理样机能够按照要求工作。
31386 毕业论文关键词光伏发电 MPPT 组合式变换移相全桥 UC3875 Title Design of Isolated DC-DC converter in Small PV System Abstract Pre-isolated DC-DC converterapplied for PV system is studied in this paper、 Based on the analysis of the principle of full-bridge converter and some existing problems of the converter, a type of bination of circuit topology based on Boost converter and phase-shifted full-bridge ZVS DC-DC converter is adopted、 Thus the contradiction of MPPT controller and the control for four switches of full-bridge converter is solved、 Development of MPPT technology is briefly introduced and the most mon three types of MPPT technology are analyzed and pared, what’s more, perturbation and observation method is chosen as the MPPT technology in this paper、 Parameters of various ponents in the main circuit is devised, including input filter capacitor, resonant inductor, high frequency transformer, and output filter、 Besides, drive circuits for Boost converter basing on IR2110 and for full-bridge DC-DC converter basing on UC3875 are designed、 On the basis of hardware design, modeling, simulation and analysis is carried out in the Simulink model in matlab、 A prototype of phase-shifted full-bridge converter is built in the end、 The result of experiment indicates the prototype constructed can work as required、源自[六\维$论*文|网(加7位QQ3249`114 Keywords PV power generation MPPT bined conversion phase-shifted full-bridge UC3875 目次1绪论11、1课题背景和意义11、2光伏发电现状、11、3光伏发电系统简介21、4光伏发电系统中的DC-DC变换器31、5本文主要研究内容32隔离型DC-DC变换器52、1移相全桥ZVSDC-DC变换器、62、1、1移相全桥ZVSDC-DC变换器的工作原理62、1、2移相全桥ZVSDC-DC变换器软开关的实现102、1、3移相全桥ZVSDC-DC变换器存在的问题112、2含Boost升压环节的全桥变换器112、3本章小结、133最大功率点跟踪技术143、1光伏电池的工作原理143、2光伏电池的工程模型143、3最大功率点跟踪技术173、3、1固定电压法173、3、2扰动观察法183、3、3电导增量法193、4MPPT技术比较与选择203、5本章小结、204系统硬件设计214、1总体设计方案214、2功率开关管和二极管的选择21 4、3Boost环节设计、234、3、1Boost环节电感设计、234、3、2Boost环节电容设计、244、4全桥DC-DC变换环节设计244、4、1高频变压器设计、244、4、2谐振电感设计264、4、3滤波电感设计264、4、4滤波电容设计274、5输入滤波电容设计274、6驱动电路设计274、6、1Boost环节驱动设计、274、6、2全桥DC-DC变换环节控制和驱动设计、29 :4、7本章小结、335系统仿真分析345、1光伏组件模型的仿真分析345、2Boost升压环节仿真分析375、3全桥DC-DC升压变换环节仿真分析385、4含MPPT的前级DC-DC变换器的仿真分析、415、5本章小结、446系统软件设计456、1软件设计方案456、2信号采样子程序、466、3MPPT子程序、496、4PWM输出子程序、506、5本章小结、517实验与调试、527、1原理样机的搭建、527、2实验结果分析537、3本章小结、55 结论、56 致谢、57 参考文献581 绪论1、1 课题背景和意义能源是人类生活的基础,是社会经济生产的动力。
隔离型双向升压全桥DC-DC变换器效率的提高
科学技术创新2020.27隔离型双向升压全桥DC-DC 变换器效率的提高孙飞刘通（黑龙江科技大学电气与控制工程学院，黑龙江哈尔滨150027）1概述自从Charles F.Kettering 发明了电池供电的电动起动电动机并启发了直流配电以来，电池和光伏电池已经成为实用和必不可少的能源，基于直流电的可再生能源管理系统也越来越受欢迎。
为了满足对更安全、更高效的可再生能源管理系统的最新要求，作者的兴趣集中在具有隔离功能的功率调节系统的底层技术上，这有助于提高系统的安全性和最小化系统的体积。
广泛的三相公用系统安装迫使能源供应商要求隔离功能，以呼吁他们的先进安全意识[1]。
为了从可再生能源中扩大输入电压范围，以前对电流型全桥DC-DC 变换器的研究已经提出了许多具有吸引力的候选电路。
然而，现有的候选电路并没有给出很好的解决方案，以满足最近的安全要求，因为他们没有提供足够的实际安全性，或他们没有很高的效率。
为了满足这一要求，本文开发了一种具有隔离功能的高频DC-DC 变换器，该变换器包括有源缓冲网络，以满足最近10千瓦光伏发电系统的需求。
为了进一步利用所提出的转换器，我们在双向延伸上研究更有效的可充电储能管理系统[2]。
本文提出了提高隔离式双向Boost 全桥DC-DC 变换器能量转换效率的思路，以实现储能器与直流母线之间的有效能量转换。
该方案除了简单的单双向功率级外，还具有优化的驱动频率、半理想的绕组比和较低的无源开关损耗等优点，提高了功率转换效率，有源缓冲电路损耗低，输出端同步整流。
提出了隔离型双向Boost 全桥DC-DC 变换器的进一步效率改进方案，优化了开关频率，改进了低损耗有源吸收网络。
2电路原理分析所提出的带低损耗有源缓冲网络的隔离双向Boost 全桥DC-DC 变换器的电路图如图1所示。
该变换器由基本Boost 全桥变换器组成，该变换器在隔离变压器TR 的两侧具有有源开关全桥半导体块Q1-Q4和Q5-Q8实现双向功率转换，附加的有源缓冲器组合块包括由Qr 和在优化驱动频率、重构隔离变压器TR 的绕组比到半理想值、降低缓冲网络中的无源开关损耗等方面，尝试了提高效率的方案。
隔离型全桥DC-DC电源的设计方案
隔离型全桥DC-DC电源的设计方案全桥结构在电路设计当中有着相当广泛的作用。
本文介绍了一种基于全桥DC-DC的隔离电源设计。
文中提及的半桥IGBT板为两组隔离的正负电压输出，这样做是为了能够成为IGBT的驱动及保护。
并且在实践设计时，需要根据选择的IGBT开关管参数和工作频率，来确定驱动板电源功率。
而后对原边共用全桥控制的DC-DC电源设计进行了介绍，给出了变压器的选择方法。
1.IGBT半桥集成驱动板电源特点半桥IGBT的有效驱动和可靠保护都由半桥IGBT集成驱动板来实现。
半桥IGBT 集成驱动板自身必须具备两路DC-DC隔离电源，该电源要求占用PCB面积小、体积紧凑、可靠性高，并且两组电源副边完全隔离。
在大功率半桥IGBT 集成驱动单元的项目中，针对驱动单元需要高效、可靠的隔离电源，设计了一种电源变压器原边控制拓扑，即两组隔离电源变压器原边共用一组全桥控制的思路，提高了电源功率密度和效率，节省了功率开关数量。
全桥开关管巧妙搭配，无需隔离驱动，减少了占用集成驱动板上的PCB面积。
半桥IGBT集成驱动板在两路驱动上表现出负载特性一致的原因是，因为上下半桥当中两个单元IGBT的性能参数一致，并且采用同体封装。
因此在IGBT半桥集成驱动板的电源设计中，两组隔离的DC-DC电源原边完全可以共用一组控制电路。
IGBT半桥集成驱动板一般镶嵌在IGBT功率模块上，它对驱动板的要求有两个：第一是半桥集成驱动板对PCB面积、体积要求很高，要求尽可能减小PCB面积和体积;第二因为驱动IGBT需要的功率较大，对板上电源的功率密度、效率要求也较高。
2.原边共用全桥控制的DC-DC电源设计本设计采用了两个变压器原边共用，也就是全桥电路控制DC-DC电源变压器。
正常模式下两个全桥变换拓扑需要两组全桥开关，同时全桥开关的脉冲驱动电路也为两组共8路PWM脉冲。
采用共用全桥拓扑节省了控制电路和全桥开关，简化了DC-DC隔离电源电路。
《隔离式光伏发电用推挽正激DC-DC变换器的研究》范文
《隔离式光伏发电用推挽正激DC-DC变换器的研究》篇一隔离式光伏发电用推挽正激DC-DC变换器的研究一、引言随着环保理念的普及和能源危机意识的提高，可再生能源如光伏发电受到了广泛关注。
其中，隔离式光伏发电系统以其出色的安全性和高效率在能源领域发挥着重要作用。
推挽正激DC/DC 变换器作为隔离式光伏发电系统中的关键部分，其性能的优劣直接影响到整个系统的运行效率和稳定性。
因此，对推挽正激DC/DC变换器的研究具有重要的理论意义和实践价值。
二、推挽正激DC/DC变换器的基本原理与特点推挽正激DC/DC变换器是一种将直流电压进行转换和调节的电路。
它主要由两个开关管、两个二极管、一个变压器和滤波电路等组成。
当开关管工作时，通过控制其通断时间，使得变压器在初级线圈中产生交流电，从而在次级线圈中产生正激式输出电压。
其特点是结构简单、转换效率高、可靠性高等。
三、隔离式光伏发电系统中推挽正激DC/DC变换器的应用在隔离式光伏发电系统中，推挽正激DC/DC变换器主要用于将光伏电池板输出的直流电压进行转换和调节，以满足系统对电压和电流的需求。
同时，通过控制开关管的通断时间，可以实现最大功率点跟踪（MPPT），提高光伏电池板的发电效率。
此外，推挽正激DC/DC变换器还具有电气隔离的功能，保障了系统的安全性。
四、推挽正激DC/DC变换器的研究现状与挑战目前，针对推挽正激DC/DC变换器的研究主要集中在优化其电路结构、提高转换效率、降低能耗等方面。
然而，在实际应用中仍存在一些挑战，如开关管的电压和电流应力大、电磁干扰（EMI）等问题。
因此，如何降低开关管的应力、提高变换器的稳定性、减少EMI等问题成为当前研究的重点。
五、推挽正激DC/DC变换器的优化设计与实验分析针对上述问题，本文提出了一种优化设计的推挽正激DC/DC 变换器。
首先，通过改进电路结构，降低开关管的电压和电流应力；其次，采用软开关技术，减少开关过程中的能量损失；最后，通过优化控制策略，提高系统的稳定性和可靠性。
高效隔离型桥式DCDC变换器的研制
高效隔离型桥式DC/DC变换器研制
31/32
研究方案和技术路线
控制方式的选择：
全桥变换器的主电路有不对称控制方式，双极性控制方式， 有限双极性控制方式和移相控制方式。
移相控制方式是近年来在全桥变换器中使用最多的一种软开关
控制方式，它是谐振变换技术和PWM技术的结合。其工作原理
为每个桥臂的两个开关管180度互补导通，两个桥臂的导通之
间相差一个相位，即所谓移相角。通过调节移相角的大小来调
高效隔离型桥式DC/DC变换器研制
5/32
2
国内外研究进展
高效隔离型桥式DC/DC变换器研制
6/32
国内外研究现状
隔离升压式DC/DC变换器发展现状 v 国外研究现状
• 已有成熟产品投入应用，DC/DC变换器效率高于90%【1】 • 研究重点：高效率低成本的DC/DC变换器、最大功率点跟踪技
术 、具有较好调压性能的逆变器、光伏并网电路拓扑、
v 国内研究现状
• 目前研究成功的大都是独立的降压变换器，用于光伏系统的升 压变换器尚处于起步阶段，样机效率为一般为85%-90%【2】
• 研究重点：光伏系统的专用蓄电池 、适用于光伏系统的大功 率逆变器、用于光伏系统的高效ＤＣ／ＤＣ变换器等
高效隔离型桥式DC/DC变换器研制
7/32
3 课题主要研究内容
• 解决方法：现有文献都是基于工程方法进行谐振 参数设计，因此得到的参数与实际差距较大，基 于论文进行设计后，应当运用仿真软件对所得参 数进行进一步优化，这样才会得到较为满意的结 果。
隔离型DC-DC变换器控制系统的研究
隔离型DC-DC变换器控制系统的探究摘要：隔离型DC/DC变换器广泛应用于各种电子设备中，控制系统的性能对变换器的工作稳定性和电路效率具有重要影响。
本文探究了几种常见的隔离型DC/DC变换器的控制方法，包括开环控制、反馈控制、猜测控制和混合控制等，对各种控制方法的优劣进行了比较和分析，从而为DC/DC变换器控制系统的设计提供参考。
本文还对隔离型DC/DC变换器的电路拓扑进行了介绍，包括基础的Boost、Buck、Buck-Boost和拓扑变换器等，以及多电平谐振变换器和多电平逆变器等高级拓扑。
最后，本文还介绍了DC/DC变换器的应用场景和将来进步趋势。
关键词：隔离型DC/DC变换器、控制系统、开环控制、反馈控制、猜测控制、拓扑变换器、多电平谐振变换器、多电平逆变器。
引言隔离型DC/DC变换器是一种将电源电压转换为适合特定负载的电压的重要电子器件，广泛应用于通信、计算机、汽车、军事等领域。
DC/DC变换器在电路设计中具有很高的使用率和灵活性。
变换器的功率转换效率和稳定性直接取决于其控制系统的设计和实现。
因此，DC/DC变换器的控制系统已成为电路设计和探究的一个重要领域。
本文将介绍DC/DC变换器的基本观点和原理，并比较分析几种常见的控制方法，探讨它们的优缺点。
本文还将介绍几种典型的DC/DC变换器拓扑，并评估它们在不同应用场景中的优缺点。
最后，本文将谈论将来DC/DC变换器的进步方向。
DC/DC变换器的基本观点和原理DC/DC变换器是将一个DC电压变为另一个DC电压的一种电路。
它通常由变换器控制电路和电源电路组成。
变换器控制电路可以通过改变开关通断时间来改变输出电压和电流。
基于不同的工作条件，DC/DC变换器可以接受多种电路拓扑，如Boost、Buck、Buck-Boost和拓扑变换器等。
这些不同的电路拓扑在工作原理和效率方面有所不同。
对于不同用途的应用场景，需要选择不同拓扑的DC/DC变换器。
DC/DC变换器控制方法（1）开环控制开环控制是一种基础控制方法，通常用于变换器的低功率应用。
隔离式DC-DC变换器
项目
设计报告 方案设计与论证、理论计算与分析、
（20 分）
电路图、测试数据等
基本要求 （50 分）
发挥部分 （50 分）
完成第（1）项 完成第（2）项 完成第（3）项 完成第（4）项 完成第（1）项 完成第（2）项 完成第（3）项
其他 总分
满分
20
20 10+20
10 10 20 10+20 10 10 120
三、 说明
（1）能够完成发挥部分时，基本要求可以免测。 （2）能够完成基本要求（2）时，基本要求（1）可以免测。 （3）能够完成发挥部分（2）时，发挥部分（1）可以免测。 （4）比赛场地：60cm×60cm 灰色瓷砖地面；小汽车跑道宽度为 1.5~2cm，由黑色胶带 直接粘接在瓷砖而成；车库由长宽为 30cm×15cm 的黑色实心长方形构成，该长方形为停靠 满分区，绿色区域（40cm×20cm 瓷砖）为有效得分区。 （5）小汽车：本身带有电池提供能量，不允许外部电源供电。允许用玩具小汽车改装， 其外围尺寸的限制：长度≤30 cm,宽度≤15 cm。 （6）跷跷板为 40cm×100cm 木板，木板上有十字交叉黑色导引线（黑色胶带），跷跷 板倾角最大 10°左右。 （7）配重物体位置任意放置，质量约 1kg 左右。 （8）比赛开始后，在 1 分钟内没有完成基本要求（或 3 分钟没有完成发挥部分）记一 次失败。每组选手有 2 次机会。比赛中小车发生故障，限 10 分钟内修复，届时不能修复者， 不得继续参加比赛。
r ɵ
图 1 场地
二、设计要求
图 2 声源
1．基本要求 （1）每个位置鸣响三次，每次间隔不少于 5 秒，三次后设备判断声源所在 位置，位置用距离圆心的距离加与 0 度线夹角角度标识（r 和θ），长度单位用米 标识，保留到厘米位。角度用度（一周为 360 度）标识，精确到 1 度，并采用屏 幕、LED 指示、语音播报等任意方式进行显示； （2）各队的得分以相对误差γ大小排序，γ=0.4γr+0.6γθ，γr=rx/r, rx 为距 离的测量结果，r 为距离的实际值，γθ=θx/θ, θx 为夹角的测量结果，θ为夹 角的实际值。结果中误差最小的队得 50 分，第二名 45 分，依次类推。 （3）一共提供三组统一测试点，按照平均分数计算结果。 2．扩展要求 以上要求不变，测试点放置到圆形之外，半径五米以内的范围进行测量。
隔离型DC-DC变换器
故 ＤＣ—ＤＣ变换 器逆变端输 出电压为 ：
『６１田瑞 飞．三相 大功 率 ＤＣ／ＤＣ 变换 器 的研 究ｆＪ１．哈 尔滨 工业 大学，
（ｎ－２Ｎ ） ＵＡＢ ＝ Ｍ们 。 ＝
２０１ ｌ，５（１）：１－２． 『７】郭 家虎，廖其艳．基 于 ＭＭＣ的轻型 高压 直流输 电统的建模 与仿 真
２ 子 模 块 控 制 器 设 计
『Ｊ１．工 矿 自动化 ，２０１ １（１０）：３４—３８．
本文介绍 的 ＭＭＣ的子模块控制器 以 ＦＰＧＡ为核心 ，开关 电源 ｆ８１汤广福．基于 电压源换流器的高压直流输电技 术［Ｍ］．北京 ：中国电
作为供电系统 ，将子模块电容 电压模拟信号经 电压采集模块 中的预 力 出版 利 ．２０１０．
成 两 路 互 补 脉 冲 ，形 成 用 来驱 动 ＩＧＢＴ的 ＰＷＭ 波 。
２－３驱 动 模 块 ＩＧＢＴ驱动接收 ＦＰＧＡ核心模块产生的两路 ＰＷＭ波 ，从 而输 出
两路 ＰＷＭ脉 冲驱动子模块上 的两个 ＩＧＢＴ导通或者关断 ，使得 子
模块处于投入 或者切除状态 。
ＩＧＢＴ导通 ， １５Ｖ ；输 出低 电平时 ，１ＧＢＴ关 断，己 一 。
子模 块电容电压相等 ，令 为 Ｕ ，则
１ ／＂／Ａ１ ＵｉＩｌ ／＇／＇ＡＯ
『３】赵成勇，李路遥，翟晓萌等．新型模块化 高压 大功率 Ｄｃ—Ｄｃ变化 器 『Ｊ］．电力 系统 自动 化 ，２０１４． ｆ４１庄凯 ，阮新 波．输入 串联输 出并联 变换 器的输入均压稳 定性分 析
１ ｒ ｒ
科 技 论 坛
·ｌ３５·
隔离型 ＤＣ－ＤＣ变换 器
张冬雷 郭家虎
（安徽理 工大学电气与信息工程 学院，安徽 淮南 ２３２００１）
一种高效隔离的双向DC／DC变换器
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 —
隔离型双向全桥DCDC变换器研究
隔离型双向全桥DCDC变换器研究一、概述随着现代电力电子技术的飞速发展，双向全桥DCDC变换器在可再生能源系统、电动汽车、储能系统等领域得到了广泛的应用。
隔离型双向全桥DCDC变换器作为一种高效率、高功率密度的电力电子设备，具有结构简单、控制灵活、能量可双向流动等优点，成为了电力电子领域的研究热点。
本文旨在对隔离型双向全桥DCDC变换器进行深入研究，首先介绍了隔离型双向全桥DCDC变换器的工作原理和基本结构，然后分析了其控制策略和调制方法，接着讨论了变换器的效率优化和热管理问题，最后通过仿真和实验验证了所提出方法的有效性和可行性。
通过对隔离型双向全桥DCDC变换器的深入研究，本文旨在为其在实际应用中的设计和优化提供理论指导和参考，进一步推动隔离型双向全桥DCDC变换器在电力电子领域的发展。
1. 研究背景及意义随着全球能源危机和环境问题的日益严重，可再生能源和电动汽车等领域对高效、高功率密度和高可靠性的电源变换器需求日益增长。
隔离型双向全桥DCDC变换器作为一种重要的电力电子设备，具有结构简单、效率高、功率密度大、控制灵活等优点，被广泛应用于可再生能源发电系统、电动汽车、航空航天、数据中心等领域。
隔离型双向全桥DCDC变换器在实际应用中面临着一些挑战，如开关器件的损耗、电磁干扰、电压和电流的应力、热管理等问题。
研究隔离型双向全桥DCDC变换器的工作原理、设计方法、控制策略和性能优化等方面具有重要的理论和实际意义。
本文旨在对隔离型双向全桥DCDC变换器进行深入研究，分析其工作原理和特性，探讨其设计方法和控制策略，并通过仿真和实验验证所提出的方法和策略的有效性和可行性。
研究成果将为隔离型双向全桥DCDC变换器的优化设计和应用提供理论依据和技术支持，促进可再生能源和电动汽车等领域的发展。
2. 国内外研究现状隔离型双向全桥DCDC变换器作为一种高效、可靠的电力电子变换装置，在新能源发电、电动汽车、数据中心等领域具有广泛的应用前景。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
v 国内研究现状
• 目前研究成功的大都是独立的降压变换器，用于光伏系统的升 压变换器尚处于起步阶段，样机效率为一般为85%-90%【2】 • 研究重点：光伏系统的专用蓄电池 、适用于光伏系统的大功 率逆变器、用于光伏系统的高效ＤＣ／ＤＣ变换器等
高效隔离型桥式DC/DC变换器研制 7/32
3
课题主要研究内容
v 主要内容：
• 分析DC/DC变换器的主电路参数设计原理，进行 参数设计并进行仿真优化 对隔离升压式移相全桥主电路进行小信号建模 设计DC/DC变换器的控制方案、MPPT算法、输入 侧电压采样电路和输出电压采样电路。 编写以英飞凌XE164F单片机为核心的软件控制程 序，完成采样、运算、控制算法等，实现DC/DC 变换器的控制和光伏电池的最大功率点跟踪（ MPPT），并进行软、硬件联合调试。
高效隔离型桥式DC/DC变换器研制
30/32
主要参考文献
【1】姜雪松.隔离升压全桥DC-DC变换器拓扑理论和控制技术研究 [D] 中科院研究生院博 士学位论文 2005 【2】李纬华 独立光伏发电系统研制 大连海事大学硕士学位论文，2008 【3】张辉 光伏并网发电逆变技术研究 复旦大学硕士学位论文 2009 【4】王广州等.串并联谐振倍压变换器原理分析、建模及仿真[J] 电力电子技术 2006.4 【5】龙泳涛.移相控制ZVS PWM DC/DC全桥变换器软开关技术及应用 [D]湖南大学硕士学 位论文 2002 【6】王建冈.改进型倍流整流电路ZVS PWM全桥变换器的研究 [D]南京航空航天大学硕士 学位论文 2000 【7】刘福鑫.高压直流电源系统中DC/DC变换器的研究 [D] 南京航空航天大学硕士学位论 文 2004 【8】孙强等.移相全桥PWM开关电源控制器设计与仿真研究 [J] 西安理工大学学报 2006VOL1.22 257-261 【9】陈 柬，陆治国.移相全桥软开关变换器拓扑分析 [J] 重庆大学学报 2005.12 27-31 【10】张培龙.软开关PWM DC-DC变换器的研究 [D] 大连理工大学硕士学位论文 2005
高效隔离型桥式DC/DC变换器研制
5/32
2
国内外研究进展
高效隔离型桥式DC/DC变换器研制
6/32
国内外研究现状
隔离升压式DC/DC变换器发展现状 v 国外研究现状
• 已有成熟产品投入应用，DC/DC变换器效率高于90%【1】 • 研究重点：高效率低成本的DC/DC变换器、最大功率点跟踪技 术 、具有较好调压性能的逆变器、光伏并网电路拓扑、
高效隔离型桥式DC/DC变换器研制
11/32
4
研究方案和技术路线
高效隔离型桥式DC/DC变换器研制
12/32
研究方案和技术路线
v 主电路拓扑的选择
用于光伏系统DC/DC变换器逆变侧的半桥与全桥拓扑如下 所示【4】【5】：
半桥逆变
全桥逆变
高效隔离型桥式DC/DC变换器研制
13/32
研究方案和技术路线
变压器原副边电压Vt1，Vt2 高效隔离型桥式DC/DC变换器研制 19/32
仿真波形
研究方案和技术路线
v 电路仿真波形
开关管的移相触发脉冲Q1，Q4，Q3，Q2 移相角为30度
超前臂上管触发脉冲与电流波形
高效隔离型桥式DC/DC变换器研制
20/32
பைடு நூலகம்
研究方案和技术路线
v 电路仿真波形
滞后臂上管触发脉冲与电流波形
高效隔离型桥式DC/DC变换器研制 4/32
课题背景
v 意义
• 可以提高太阳能的利用率，缓解能源短缺的状况 • 可以应用于可再生能源发电、分布式发电、电动 汽车储能系统、以及通讯、航天等领域。 • 可以为边远偏僻农村、海岛和牧区提供照明等基 本生活用电，也可为通信中继站、气象台站和边 防哨所等特殊处所提供电源，促进人民生活水平 的提高等。
高效隔离型桥式DC/DC变换器研制 10/32
• •
•
课题主要研究内容
v 研制的DC/DC变换器实验样机基本技术指标：
• 输入电压：30~40V • 输出电压：330V左右 • 额定功率：300W
v DC/DC变换器实验样机的功能描述：
• • • • • 有平稳的输出电压，输出电压基本稳定在330V 实现高压电路与低压电路的电气隔离 能够实现最大功率点跟踪（MPPT） 有宽功率范围变换，即较宽的输入电流范围 变换器低损耗，即要求开关管实现软开关
高效隔离型桥式DC/DC变换器研制 17/32
研究方案和技术路线
主电路及各开关管各开关管的驱动信号如下：
初选主电路示意图
移相触发脉冲示意图
高效隔离型桥式DC/DC变换器研制
18/32
研究方案和技术路线
根据电路的电压等级，开关管选择 MOSFET，MOSFET的特性是开通比较 缓慢关断较快，所以软开关策略选 择ZVS 综上所述，选择ZVS移相全桥型DC/DC 电路 ZVS移相全桥DC/DC变换器的优点： 1 引入的谐振元件少，利于减少器件 损耗、变换器成本和体积 2 电路谐振，有利于实现原边开关的 ZVS和副边整流管的自然换相
高效隔离型桥式DC/DC变换器研制
25/32
课题的主要难点
v 难点四：闭环稳压时PI参数的整定
解决方法：本课题变换器拟采取PI调节器，根据控制理论 的知识，将被控对象进行离散化，然后，根据系统的性能 指标要求，直接在Z域中进行零、极点配置及响应分析， 一般可按先比例（P）、后积分（I）的顺序确定调节器参 数，然后用仿真软件对控制参数反复仿真优化。
高效隔离型桥式DC/DC变换器研制
26/32
6
预期研究成果
高效隔离型桥式DC/DC变换器研制
27/32
预期研究成果
v 研制出一台用于光伏系统的高效隔离型桥式DC/DC变换器实验样机 ，其主要指标如下： 额定功率：300W； 输入电压范围：30V-40V 输出电压范围：330V左右 工作频率：20kHz v 对控制器算法进行仿真，验证算法的正确性。 v 对所制成的样机进行软硬件联合调试要求样机能实现ZVS，输出电 压稳定，且能够实现最大功率点跟踪 v 发表论文1-2篇。
高效隔离型桥式DC/DC变换器研制 16/32
研究方案和技术路线
控制方式的选择： 全桥变换器的主电路有不对称控制方式，双极性控制方式， 有限双极性控制方式和移相控制方式。 移相控制方式是近年来在全桥变换器中使用最多的一种软开关 控制方式，它是谐振变换技术和PWM技术的结合。其工作原理 为每个桥臂的两个开关管180度互补导通，两个桥臂的导通之 间相差一个相位，即所谓移相角。通过调节移相角的大小来调 节输出电压的脉冲宽度，从而达到调节相应的输出电压的目的 。如果Q1、Q3的驱动信号分别领先于Q4、Q2，可以定义Q1、Q3 组成的桥臂为超前桥臂，Q2、Q4组成的桥臂为滞后桥臂。
（1）全桥电路与半桥电路的区别就是，用另外两个同样的 开关管代替两只电容，即由 4 只开关管组成逆变开关电 路 ，所以全桥电路控制必然复杂一点。 （2）半桥式电路变压器原边电压为±1/2Vdc，而全桥式电路 变压器原边电压为±Vdc。也就是说，如果开关电流一样， 电源输入电压也相等，半桥式的输出功率只有全桥式的一 半。因此半桥电路不能将光伏板转化出来的珍贵电能有效 利用，这是它的突出问题，所以本课题DC/DC变换器中的 逆变电路使用全桥逆变。
高效隔离型桥式DC/DC变换器研制
31/32
LOGO
高效隔离型桥式DC/DC 变换器的研制
1 2 3 4 5 6 7
课题背景 国内外研究进展 主要研究内容 研究方案和技术路线 主要难点及解决方案 预期研究成果 进度安排
1 4
课题背景
高效隔离型桥式DC/DC变换器研制
3/32
课题背景
背景
• 能源危机，传统能源紧缺 • 化石能源会造成环境污染和生态失衡等一系列问题 • 太阳能资源丰富，分布广，可再生，无污染，且适合分 布式利用 • 中小功率家庭用独立光伏系统可以充分利用分布在用电 需求地点的能源，因此应用越来越广泛，提高光伏发电 中变换器的效率对光伏系统的推广有重要作用。 • 直流升压变换器是家庭太阳能光伏系统的重要组成部分 ，其性能直接影响后级逆变器的工作状况 所以用于光伏 系统的高效DC/DC变换器已经成为现在的研究热点
高效隔离型桥式DC/DC变换器研制 24/32
课题的主要难点
v 难点三：变换器的小信号建模
虽然一般的PWM变换器已有成熟的基于状态空间法的小信 号建模和分析方法，但是全桥ZVS变换器运行有自身特殊 性不能简单的将PWM变换器分析方法移植过来。 解决方法：DC/DC变换器是BUCK变换器的一种，因此本课 题所选拓扑的小信号建模将基于BUCK变换器的小信号模型 使用状态空间平均法进行数学推导。
高效隔离型桥式DC/DC变换器研制 14/32
研究方案和技术路线
v 用于光伏系统DC/DC变换器整流侧的典型拓扑有全 桥整流与全波整流【6】【7】：
全桥整流
全波整流
高效隔离型桥式DC/DC变换器研制
15/32
研究方案和技术路线
（1）桥式整流输出电压比较平滑，这是因为器件的对称性 要比绕组的对称性好，桥式整流相对全波整流对整流管的 耐压要求低，为全波整流的二分之一。 （2）从电路效率上讲，全桥整流电路变压器副边只使用一 个线圈，与全波整流相比减少了线圈损耗。 （3）结合本课题实际考虑，因为课题要求为升压，副边线 圈匝数必然多于原边线圈匝数，所以若使用全波整流必然 会增大变压器体积，降低电路效率。 因此整流侧选取全桥整流电路
高效隔离型桥式DC/DC变换器研制 23/32
课题的主要难点
v 难点二：高频变压器的设计
• ZVS移相全桥DC/DC变换器的变压器属于高频升压 变压器，升压变压器的原边匝数较少，副边的匝 数较多。其线圈的绕制、铁心的选取以及参数的 设计，都不易确定。 • 解决方法：根据课题的输入输出要求，对高频变 压器设计方法：AP法与KG法进行比较，选择出一种 适合于本课题的设计方法，参数选定后应对变压 器进行试制、实验，确定其是否满足设计要求， 若不能满足要求，则要进行反复试制，直至达到 满意的实验效果。