ups用高效双向磁集成dcdc变换器的研制

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1、硕士学位论文UPS用高效双向磁集成DC/DC变换器的研制DEVELOPMENTOFBIDIRECTIONALDC/DCCONVERTERBASEDONINTEGRETEDMAGNITICFORUPS韩银哈尔滨工业大学2014年12月国内图书分类号：TM461.5学校代码：10213国际图书分类号：621.3密级：公开工程硕士学位论文UPS用高效双向磁集成DC/DC变换器的研制硕士研究生：韩银导师：和军平副教授申请学位：工程硕士学科：电气工程所在单位：深圳研究生院答辩日期：2014年12月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TM461.5U.D.C:621.

2、3DissertationfortheMaster’sDegreeinEngineeringDEVELOPMENTOFBIDIRECTIONALDC/DCCONVERTERBASEDONINTEGRETEDMAGNITICFORUPSCandidate：HanYinSupervisor：Asso.Prof.HeJunPingAcademicDegreeAppliedfor：Master’sofEngineeringSpeciality：ElectricalEngineeringAffiliation：ShenzhenGraduateSchoolDateofDefence：Dece

3、mber,2014Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要在工业UPS、通信电源、配电网等领域内，大功率直流变换器的应用场合越来越多，同时人们也要求其具有可控双向能量流动的功能。本文针对一种工业UPS中用于电池环节的双向大功率DC/DC变换器进行研制设计，并对模块化变换器磁性元件的优化设计和并联均流的控制策略做了深入的研究。工业UPS电池环节DC/DC变换器设计要求结构简单，可操控型强，因此，为避免端电压极性与能量流动方向间的冲突，本课题采用级联结构拓扑，功能上实现正反向B

4、UCK-BOOST升降变压，能量双向可控流动；并基于多重化原理，通过多分支并联结构扩展变换器的功率等级；为有效减小设备体积，还应用磁集成方法设计电感元件，提高变换器功率密度。在多重化并联结构基础上，本文提出三种大功率电感设计方案：“独立电感、分立式耦合电感与分支耦合电感”，综合三种交错并联硬件结构，设计采用不易饱和的磁集成等匝数比电感，并利用耦合作用产生的互感克服电感设计降额使用的缺点，进一步满足系统在电压电流纹波、动态响应、瞬态与稳态特性方面的要求。仿真结果表明，设计的两种耦合电感在级联结构内，恒功率条件下负载调整率良好，纹波等满足理论设计要求。限于实际条件，本文仅采用分立式耦

5、合电感搭建了硬件平台，同时对变换器的大功率损耗估算和温升等问题作了探究。通过硬件平台上实测效率数据与理论计算结果的对比，验证双向变换器设计合理性。本文还研究了大功率变换器模块间的并联均流问题，即分立式耦合电感电流均流问题。通过最优二次型定向整定PID调节参数，为正向工作时前级单元设计抗扰及快速响应的调制器，后级根据需要设计电压环与均流环双闭环反馈。恒功率负载条件下，选择无主从前置关系的平均电流法设计双环均流控制策略，将后级输出负载对前级的影响降到最低，保证多分支并联条件下模块间的均流稳定输出。通过闭环补偿，验证双环结构下，剪切穿越频段差异是避免双环相互影响的必要条件。通过仿真验证

6、耦合电感和并联均流理论推导的结果。最后在80kWUPS实验样机平台上进行验证性实验，验证实际耦合电感设计与模块均流效果。关键词：双向DC/DC变换器；级联结构；磁集成；并联均流-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractHigh-powerDC-DCconverterapplicationswithcontrollablebidirectionalenergyflowfeaturesaremoreneededinthefieldofcommonpowersupplysystemlikeindustrialUPS,communicationsystems,distribut

7、ionnetworksandsoon.InthispaperbidirectionalpowerDC/DCconverterdesignarefocusedwhichisappliedinindustrialUPSBatterypart.Alsothecontrolstrategyforparlllelmodulesflowandintegretedmagneticcomponentsarediscussedindepth.BasedonindustrialUPSbatteryl