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时间:2018-11-29
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1、大功率储能型有源箝位反激变换器的研究摘要:本设计主要适用于蓄电池与逆变器直流母线之间的变换器,接受逆变器的调度,实现蓄电池的充、放电功能。主要分析了输入(或输出)300V,输出(或输入)48V的有源箝位双向反激DC-DC变换器的电路设计原理,阐述了能量正向传递时的工作过程,并对主电路参数进行设计计算。通过搭建模型进行仿真,得出工作过程波形。通过实验验证了理论与仿真的正确性,以及实现了该反激变换器的主开关管的零电压开通(ZeroVoltageS 关键词:有源箝位;DC-DC;反激变换器 DIO:10.3969/j.
2、issn.1005-5517.2017.2.015 引言 独立风能、太阳能发电系统受天气影响很大,输出功率不稳定,所以,迫切需要配置储能系统来保证系统供电的可靠性和连续性。双向DC-DC变换器可实现发电系统能量与蓄电池能量的双向传递。双向DC-DC变换器朝着高频性、高可靠性、高效率、小型轻量化和高性能的方向发展。传统的双向DC-DC变换器工作在硬开关状态,开关损耗大、可靠性低,解决问题的最佳方式是采用软开关技术。有源箝位双向DC-DC反激变换器可以实现变压器漏感能量的吸收、开关管的关断电压抑制,以及实现开关管的Z
3、VS等功能。此外,在双向反激变换器中采用有源箝位技术,未增加电路控制的复杂程度,是双向反激电路实现电压箝位和软开关的首选技术。 本文主要对双向反激变换器的有源箝位变换器的工作原理和�开关技术进行了分析。 1电路拓扑与工作模态分析 1.1电路拓扑 有源箝位双向反激直流变换器的电路拓扑如图1所示。该拓扑结构是以基本双向反激变换器隔离变压器为基础,在隔离变压器两侧添加有源箝位电路形成的。 其中,Uin、Uout为输入输出电压;激磁电感L.和理想变压器Tx组成反激变压器;Lr1、Lr2为变压器一次侧漏感和二次侧漏感
4、;Cr1、Cr2分别为主开关管S1、S2的结电容;Cc1、Cc2分别为箝位电容,与箝位开关管S3、S4串联组成箝位电路。 在发电系统能量与蓄电池能量的双向传递过程中,大部分时间工作在能量的正向传递过程,所以,以向蓄电池充电的方向为正。 1.2工作模态分析 进入稳态工作后,以开关管S1和S4的开通为起点。一个周期由十个模态组成,运用十个区间来分析变换器的工作过程,每个区间的参数波形变化如图2所示。 在模态分析之前,需进行假设:分析开始时,变换器进入了稳定工作状态,激励电感Lm上的电流恒为正;箝位电容Cc1和Cc
5、2非常大,开关过程中其两端电压近似不变;电感Lr上储存能量足够大,能够实现开关管S1的零电压导通;电感Lr1、Lr2之值远小于激磁电感值Lm(Lr约为5%~10%的Lm);箝位电容Cc1与电感L1谐振周期要满足关系式:。 (1) t1-t2:在t1时刻,开关管S1和S4关断,原边电流给S1的输出电容Cr1充电,变压器开始放电,副边电流反向给S2的输出电容Cr2放电,这个模态时间很短,所以可以近似认为Cr1的电压线性增加,Cr2上的电压线性减小。 t2~t3:当Cr1电压充电至Uin+Uc1时,原边辅助箝位开关管
6、S3的体二极管导通,原边电流开始给箝位电容Cc1和输出电容Cr1充电,由于Cc1比Cr1大很多,忽略对Cr1的充电。当S3的体二极管导通时,开关管S3的漏源电压UDS被箝位在一个负的体二极管导通电压上,此期间开关管S3开通,可实现S3的零电压开通。这期间Cc1两端的电压上升,Cr2的电压减小。 t3-t4:在t3时刻,当Uc1被充电至Uin+Uc1,时,副边开关管S2的体二极管导通,则S2的UDS被箝位在体二极管的导通电压上,此期间开通S2,可以实现S2的零电压开通。 t4-t5:在t4时刻,开关管S2和S3零电
7、压开通,则副边电流从箝位开关管S2的体二极管转移至导电沟道上,S2同步整流。激磁电感电流Lm线性减小,箝位电容Cc1和电感Lr1发生谐振,电感Lr1电流线性减小,箝位电容Cc1的电压增大,因为Cc1电容很大,所以谐振过程中电压近似不变。S1两端电压被箝位在U1+UCc1。
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