多相多电平谐振直流变换器拓扑理论和控制策略研究

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1、中图分类号:TM461论文编号:102870315-S106学科分类号:080802硕士学位论文多相多电平谐振直流变换器拓扑理论和控制策略研究研究生姓名金峰学科、专业电力电子与电力传动研究方向功率电子变换技术指导教师刘福鑫副教授南京航空航天大学研究生院自动化学院二О一五年一月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAutomationEngineeringResearchonMulti-PhaseMulti-LevelResonantDC

2、/DCConvertersandTheirControlStrategyAThesisinElectricalEngineeringbyJinFengAdvisedbyAssociatedProfessorLiuFuxinSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringJanuary,2015承诺书本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研

3、究成果不包含任何他人享有著作权的内容。对本文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人授权南京航空航天大学可以有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅，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，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：摘要在电动汽车和轨道交通辅助电源等高压大功率场合，开关管电压应力、电流应力较高，开关管选择困难，多相多电平(Multi-phasemulti-level,MPML)结构可降低开关管电压电流应力，有效满足高

4、压大功率需求。本文分别从拓扑结构、输出端电气特性和控制策略角度进行了MPML直流变换器的推演。从原边开关管结构出发，提出两种MPML直流变换器拓扑结构，即横向扩展结构和纵向扩展结构；由输出端电气特性的不同可推演得到电压源型和电流源型MPML直流变换器拓扑；从不同的控制策略角度——变频控制策略和定频控制策略，可推演得到谐振型和PWM型MPML直流变换器。结合多电平结构、多相结构和谐振变换器的优点，采用纵向扩展结构进行拓扑推演，分别提出了模块化MPMLLLC谐振变换器和MPMLLCC谐振变换器，以三个模块结构为例，详细分析了变频控制策略下的M

5、PMLLLC谐振变换器和MPMLLCC谐振变换器的工作原理和基本特性，通过基波分析法得到两种变换器的等效电路模型和输入输出电压增益曲线，针对增益曲线下的不同工作区域分别进行参数设计，分别完成了540V~660V输入、400V/5A输出的原理样机，实验结果验证了理论分析的正确性。考虑到MPML谐振变换器在宽输入电压和宽负载范围情况下开关频率调节范围较宽，不利于磁性元件的优化设计。为此，以MPMLLLC谐振变换器为例，提出定频不对称控制策略，分析不对称控制方式下变换器的工作原理和基本特性，设计变换器参数，搭建了一台540V~660V输入、40

6、0V/5A输出的原理样机，并进行了实验验证。本文所提出的模块化MPML谐振变换器优点如下：多电平结构使得原边开关管的电压应力仅为输入电压的1/n，n为模块数，多相结构可有效降低开关管电流定额，尤其适用于高压大功率变换场合。采用变频控制策略，在宽电压和宽负载范围内，所有原边开关管实现零电压开关，所有副边整流管实现零电流开关。采用定频不对称控制策略，可以优化磁性元件的设计。关键词：多相多电平,谐振变换器,LLC,LCC,变频控制,定频控制,ZVS,ZCSIABSTRACTPowerconvertersforelectricalvehicles

7、andauxiliarypowersuppliesintractionsystemusuallyhavehighinputvoltageuptoseveralkilovolts.Highinputvoltagebringshigh-voltagestressontheswitchingdevices,andhighpowerratingmeanshighcurrentstress,whichiscriticalforswitchingdevices.Multi-phasemulti-level(MPML)structureisagooda

8、lternativeinhigh-voltagehigh-powerapplicationsforitslowvoltageandcurrentstressofpowerswitches.MP