低纹波两级式DC_DC变换器的研究.pdf

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1、硕士学位论文低纹波两级式DC/DC变换器的研究RESEARCHONLOWRIPPLETWOSTAGEDC/DCCONVERTER王启立哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TM46学校代码：10213国际图书分类号：621.3密级：公开工学硕士学位论文低纹波两级式DC/DC变换器的研究硕士研究生：王启立导师：张东来教授申请学位：工学硕士学科：电气工程所在单位：深圳研究生院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TM46U.D.C:621.3Adissertationsubmittedinpartialfulfillmentofthere

2、quirementsfortheacademicdegreeofMasterofEngineeringRESEARCHONLOWRIPPLETWOSTAGEDC/DCCONVERTERCandidate：WANGQiliSupervisor：Prof.ZHANGDonglaiAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：ElectricalEngineeringAffiliation：ShenzhenGraduateSchoolDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institu

3、tion：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要可再生能源发电规模日益扩大，因此应用于可再生能源发电系统中的电力电子变换器成为了研究热点。本文以应用于光伏和燃料电池发电系统中的DC/DC变换器为研究背景，对国内外几种常用的DC/DC变换器的优缺点及其适用范围进行了分析与比较，针对宽范围输入、低电流纹波、高升压比和高效率等需求提出了一种Boost-LLC两级式DC/DC变换器。交错并联Boost作为前级可以有效地降低输入电流纹波，且能在输入电压发生变化时通过调整占空比来稳定输出电压。文中对交错Boost的工作原理进行了深入分析，得出了并联相数及电感取值对输入电流纹

4、波的表达式，并用状态空间平均法进行了小信号建模，基于对效率及元器件电压应力的考虑，对前级的升压比进行了限制。后级的LLC谐振变换器处于开环定频的工作状态，其作用相当于直流变压器，即负载变化时，升压比基本保持恒定。文中分析了LLC的工作原理，采用基波分析法得到了谐振网络的直流增益表达式，基于软开关的考虑选取了感性工作区间。为提高效率同时简化控制方案，确定了开环定频的工作模式，并建立了该模式下LLC谐振变换器的小信号模型。根据设计指标要求及理论分析结果进行了主电路参数设计，其中包括前后两级升压比的分配、前级并联相数的选取以及磁性元件设计等几个关键部分。计算了额定工作点的损耗，用Saber进

5、行了开环仿真，将前后两级变换器的小信号模型相结合，得到了前级Boost占空比到后级输出电压的传递函数。绘制建模所得开环传递函数的Bode图，并将其与Saber扫频结果进行了比较，验证了小信号模型的准确性。通过对比模拟控制与数字控制的优缺点，考虑到本设计中控制器的复杂程度，最终选取了数字控制方案，并对数字控制器中可能出现的极限环现象加以分析。对比了数字控制器的两种设计方法（数字重设法和直接数字设计法）的优缺点，并选用直接数字设计法进行了控制器参数设计。在软件Matlab中对数字闭环电路进行了仿真，结果表明该数字控制器能在全输入电压范围内保证环路稳定，最后设计原理样机，开展实验验证了理论分

6、析。关键词：低纹波；交错并联；开环LLC；小信号建模；数字控制-I-AbatractAbstractRenewableelectricitygenerationincreasesyearbyyear,sothepowerelectronicconvertersusedinrenewableelectricitygenerationsystembecomearesearchhotspot.BasedontheresearchofDC/DCconvertersinphotovoltaicandfuelcellelectricitygenerationsystems,thisdisserta

7、tioncomparesthecharacteristicsandappliedrangesofseveraldomesticandforeignDC/DCconverters.ABoost-LLCtwo-stageDC/DCconverterisproposedinconsiderationofwideinputvoltagerange,lowcurrentripple,highstep-upratioandhighefficiency.In