buck型电力电子拓扑高频化关键技术研究

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1、Buck型电力电子拓扑高频化关键技术研究ResearchontheKeyTechniquesofHigh-FrequencyBuckPowerElectronicConverters（申请工学博士学位）一级学科：电气工程学科专业：电力系统及其自动化作者姓名：孟准指导教师：余贻鑫教授天津大学电气与自动化工程学院二〇一七年五月万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其它人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或

2、其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日万方数

3、据中文摘要随着环境问题的日益严重，可再生能源发电和电动汽车等技术得到了前所未有的发展机遇。本文围绕分布式可再生能源发电以及电动汽车应场景下，电力电子变换装置高效化、小型化以及轻量化的发展需求，通过开展新拓扑、新器件以及新控制方式等方面的研究，针对多种传统Buck型电力电子变换器展开了高频化关键技术研究，主要研究内容包括：（1）针对分布式可再生能源发电中对逆变器小型化和轻量化的需求，提出了一种用于可再生能源并网发电的单相高频双Buck逆变器。通过采用新型SiC功率开关器件，在提高变换器工作频率的同时，保证了变换效率。

4、针对提高开关频率后传统损耗计算模型精度下降的问题，提出了一套系统计算高频逆变器损耗的方法，并通过实验证明了该方法在高频损耗计算时的精度优势。（2）针对高频化后数字控制器计算速度不足的问题，提出了基于双核MCU控制平台的并行控制算法，实现了400kHz高开关频率下的单周期数字控制。实现了逆变器高效高频化和小型轻量化的研究目标。（3）针对电动汽车电励磁绕线转子同步电机的励磁变换器高频硬开关模式下，转子寄生电容充放电而导致输出电流含有较大高频噪声等问题，提出了一种适用于电励磁同步电机的新型零电流软开关（Zero-Curr

5、ent-Switching，ZCS）Buck变换器。通过利用小感值耦合电感和输出电容间的准谐振过程，实现了开关器件开通和关断过程的ZCS软开关，从而消除了转子励磁电流中因高频硬开关过程中寄生电容充放电所导致的脉冲尖峰电流。（4）针对目前电动汽车车载充电器（On-BoardCharger，OBC）充电速度慢、转换效率低、体积重量大等问题，提出了一种三相交错并联ZCSBuck充电电路拓扑。通过采用多谐振结构，使变换器具有功率因数校正（PowerFactorCorrection，PFC）功能，提高变换器输入侧电流功率因数

6、的同时，进一步降低输入侧电流的总谐波失真（TotalHarmonicDistortion，THD）。此外，变换器通过多谐振实现了开关器件的ZCS软开关，从而使IGBT功率开关器件可以工作在40kHz的高频下，减小了变换器体积，达到了车载充电器小型化、轻量化的设计目标。关键词：Buck变换器，高频化，软开关，双Buck逆变器，励磁，车载充电器I万方数据ABSTRACTFortheconsiderationoftheseriousenvironmentalproblem,therenewablesourcegenera

7、tionandtheelectricvehicle(EV)technologiesencounteranunprecedenteddevelopingopportunity.Aimingatsatisfyingtherequirementsforadvancedpowerelectronicdevicesofhighefficiency,smallsizeandlightweight,thispaperfocusesonthedistributedrenewablesourcegenerationandEVappl

8、ications.Accordingly,theresearchesonnoveltopologies,applicationofnewsemi-conductorswitchesandcontrolmethodsareconductedinthispaper.Inparticular,keyissuesofseveralBuck-structure-bas