基于耦合電感的高增益DC-DC拓?fù)浼捌浣Ｑ芯?pdf

1、直流微網(wǎng)技術(shù)是智能電網(wǎng)的研究熱點(diǎn)之一，微網(wǎng)元素的多樣性和不穩(wěn)定性對(duì)接口電路的設(shè)計(jì)提出了新需求，大大推動(dòng)了電力電子技術(shù)的發(fā)展。例如應(yīng)用于光伏、燃料電池和蓄電池的DC/DC變流器常具有高增益、高效率，輸入電流紋波小等特點(diǎn)。耦合電感是一種該應(yīng)用場(chǎng)合較常見的解決方案。它具有易于調(diào)節(jié)電壓、集成度高、結(jié)構(gòu)多樣化等特點(diǎn)，非常適用于構(gòu)造高性能、高增益的DC/DC拓?fù)洹ｑ詈想姼泄逃械穆└薪o拓?fù)湓O(shè)計(jì)帶來(lái)挑戰(zhàn)，同時(shí)由于其構(gòu)造靈活，拓?fù)鋸?fù)雜多變，給拓?fù)涞姆治觥?/p>

2、設(shè)計(jì)、建模和控制帶來(lái)困難。本文以耦合電感為研究主線，深入探討和總結(jié)了高增益單、雙向DC/DC拓?fù)涞臉?gòu)造技術(shù)，并在此基礎(chǔ)上研究了適用于PWM型耦合電感DC/DC開關(guān)電源的建模方法，主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)及研究成果總結(jié)如下。
　　1.深入分析了基于耦合電感的各種高增益拓?fù)浼夹g(shù)，并在此基礎(chǔ)上總結(jié)了利用耦合電感構(gòu)造高增益DC/DC拓?fù)涞囊话阈苑椒?。根?jù)所提出的拓?fù)錁?gòu)造思路，推演出了一族新型的具有軟開關(guān)性能的單開關(guān)、高增益、高效率的DC/DC拓?fù)?。采?/p>

3、狀態(tài)平面分析法(State Plane Analysis)實(shí)現(xiàn)了二階無(wú)損軟開關(guān)電路的精確計(jì)算，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)論證了該拓?fù)涞母黜?xiàng)性能。
　　2.提出了基于耦合電感構(gòu)造雙向高增益DC/DC拓?fù)涞慕鉀Q方案。以較少的器件數(shù)量實(shí)現(xiàn)了軟開關(guān)緩沖電路的雙向工作。所提出的新型高增益雙向DC/DC拓?fù)渚哂性鲆娓?、器件少、控制?jiǎn)單、具備軟開關(guān)性能等特點(diǎn)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該電路的性能。
　　3.深入研究了PWM型DC/DC變流器的小信號(hào)建模，特別是含有

4、耦合電感的高增益拓?fù)涞膭?dòng)態(tài)建模問(wèn)題。提出將電路中的非線性支路封裝成一個(gè)適用于PWM型變流器的通用建模組件——TIS(Tapped inductor switcher)。通過(guò)設(shè)定可變參數(shù)，用TIS組件統(tǒng)一表示了耦合電感、普通電感、反激變壓器等常見感性元件，揭示了不同感性元件的內(nèi)在本質(zhì)聯(lián)系。利用TIS組件將拓?fù)浣鈽?gòu)為通用非線性組件與線性網(wǎng)絡(luò)的形式，大大簡(jiǎn)化了該類拓?fù)涞慕＿^(guò)程。通過(guò)對(duì)多個(gè)拓?fù)涞慕?，?yàn)證了所提出的通用TIS-SFG建模法的正

5、確性、便捷性與廣泛適用性。
　　4.針對(duì)復(fù)雜型耦合電感DC/DC拓?fù)涞慕＃訲IS-SFG通用建模法為基礎(chǔ)，重點(diǎn)研究了含有開關(guān)電容單元的混合型拓?fù)浜秃卸鄠€(gè)感性元件的Sepic型拓?fù)涞慕７椒?。通過(guò)拓?fù)涞慕鈽?gòu)和分析，成功地將非線性開關(guān)電容單元的小信號(hào)模型轉(zhuǎn)化為通用建模組件(TIS)加線性網(wǎng)絡(luò)的形式。同時(shí)將含有雙感性元件的Sepic型拓?fù)涞男⌒盘?hào)模型分解為兩個(gè)TIS組件的疊加。通過(guò)這些案例，進(jìn)一步證明了通用TIS-SFG建模法的廣

6、泛適用性和可拓展性。
　　5.搭建了以DSP為控制核心的雙向DC/DC閉環(huán)控制平臺(tái)。在上述建模的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了所提出的新型高增益DC/DC拓?fù)洹猅I-CP-Sepic的小信號(hào)建模，并通過(guò)仿真與實(shí)驗(yàn)初步完成了穩(wěn)壓控制器的設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)，為未來(lái)的研究打下了基礎(chǔ)。
　　本文針對(duì)耦合電感DC/DC拓?fù)錁?gòu)造復(fù)雜、建模困難這一問(wèn)題，研究并總結(jié)了該類拓?fù)錁?gòu)造的一般性方法，在此基礎(chǔ)上推演得到了新型的單、雙向拓?fù)?，并?chuàng)新性地提出了適用于PWM型