检索结果-南通市图书馆

作者：代东雷西南交通大学

学位级别：硕士

随着化石能源的逐渐紧缺和世界范围内环境问题的日益凸显,世界各国都把新能源当作亟待发展的产业。风电、光伏、储能、微电网和电动汽车更是重中之重。电动汽车主要面临充电和续航两个问题,相关研究得到了众多科研人员的关注。LLC变换... 详细信息

随着化石能源的逐渐紧缺和世界范围内环境问题的日益凸显,世界各国都把新能源当作亟待发展的产业。风电、光伏、储能、微电网和电动汽车更是重中之重。电动汽车主要面临充电和续航两个问题,相关研究得到了众多科研人员的关注。LLC变换器是一种三元件谐振电路拓扑,结构简单,可以实现原边开关管零电压开通(zero voltage switching,ZVS)和副边二极管零电流关断(zero current switching,ZCS),具有高效率和高功率密度的特点,适合应用于电动汽车充电等场合。然而,传统LLC变换器受其开关频率范围的限制,难以实现宽输出电压范围。本文对基于半有源变结构整流器的宽输出LLC变换器进行深入研究,得到了新的电路拓扑,详细分析了拓扑结构、控制策略和电路特性等,并通过实验样机验证了理论分析的正确性。首先以应用于电动汽车充电等宽输出场合的LLC变换器为研究对象,针对输出电压范围拓宽的同时开关频率范围也变宽的问题,对传统LLC变换器进行改进,得到三种基于半有源变结构整流器的宽输出LLC变换器,分别为副边前后级联型整流结构、副边上下级联型整流结构、原边交错+副边上下级联型整流结构。通过对三种电路拓扑进行对比分析,确定以综合性能最优的原边交错+副边上下级联型整流结构为具体研究对象。然后详细研究基于原边交错+副边上下级联型整流结构的宽输出LLC变换器,包括拓扑结构、控制策略、工作原理和平面状态轨迹等工作特点与电压增益、软开关、参数设计、模式切换和电压电流应力等电路特性。控制策略包括PFM控制和PFM+PWM混合控制,PFM控制有利于拓展输出电压范围,PFM+PWM混合控制有利于EMC和磁性元件设计;分别基于基波近似法和时域方程分析了变换器的电压增益,时域方程分析更为精确,基波近似法更适用于工程实际;根据电压增益和软开关特性设计了电路参数,并给出了不同电路模式间的切换策略。最后基于理论分析和仿真结果,制作了1.1k W的实验样机。详细介绍了实验样机硬件设计过程,给出了不同控制策略下的实验结果,并进行了效率分析,实验结果和理论分析、仿真结果有很好的一致性。

关键词：新能源电动汽车充电半有源变结构整流器宽输出 LLC变换器开关频率范围

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基于PWM控制的宽输出LLC变换器研究

基于PWM控制的宽输出LLC变换器研究

作者：陈宇航西南交通大学

学位级别：硕士

时至今日,煤炭、石油、天然气等不可再生能源仍然是我国的主要能源来源,这不仅加剧了能源紧缺的问题,也给环境治理带来了很大的压力。能源转型正在悄无声息的发生着,太阳能、风能、潮汐能等可再生能源登上了时代的舞台,并突飞猛进的发展... 详细信息

时至今日,煤炭、石油、天然气等不可再生能源仍然是我国的主要能源来源,这不仅加剧了能源紧缺的问题,也给环境治理带来了很大的压力。能源转型正在悄无声息的发生着,太阳能、风能、潮汐能等可再生能源登上了时代的舞台,并突飞猛进的发展。LLC谐振变换器由串联和并联谐振变换器发展而来,因为其原边开关管可以实现零电压开通(ZVS)、副边二极管可以实现零电流关断(ZCS)、体积小、噪声小、功率密度高等优点广泛运用于新能源领域。然而,开关频率的变化范围大、谐振参数设计困难限制了传统LLC谐振变换器的进一步发展。本文针对副边为全波整流结构的LLC谐振变换器进行了深入研究。目前,针对传统LLC谐振变换器的改进方案可分为四类:改变谐振元件参数、改进型控制策略、对变换器结构进行重构和采用交互型结构。本文从改进型控制策略和对变换器结构进行重构出发,保留传统LLC谐振变换器的变压器结构,推演得到了六种以中心抽头变压器为核心,基于PWM控制的变换器拓扑。通过控制二次侧辅助MOSFET的占空比实现了对输出电压的调节,且在输出电压变化时,所有的器件均工作于谐振频率。通过对这六种变换器性能,包括软开关,器件数量进行分析比较。最终选取性能最好的一种变换器作为本文的重点研究对象。针对所选的变换器,可以采用PWM控制,PFM控制和PWM+PFM混合控制三种控制方式,从增益范围和参数设计两个方面对几种控制方式进行了分析比较。对PWM控制进行重点分析,给出了各个工作状态的模态图和时域表达式,分别采用频域法和时域法两种方法分析变换器的增益特性。根据软开关的条件以及电流应力对变换器的关键参数进行了设计,根据设计的参数搭建了仿真平台,通过仿真结果对损耗进行了分析和估算。最后,对所设计的变换器进行硬件电路设计。根据设计的硬件电路和磁性元件参数,搭建了两个420W的实验平台。实验结果验证了本文理论分析的正确性。

关键词：新能源 PWM控制定频宽输出 LLC谐振变换器

V2控制boost变换器镇定控制及其动力学研究

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V2控制boost变换器镇定控制及其动力学研究

作者：甘豪洋西南交通大学

学位级别：硕士

V控制开关变换器具有快速的负载瞬态响应,传统的V控制属于峰值V控制,不适用于boost变换器。引入电感电流补偿的峰值V控制或谷值V控制可用于boost变换器,但存在次谐波振荡等不稳定问题。如谷值V控制boost变换器工作于占空比较小,或使用... 详细信息

V控制开关变换器具有快速的负载瞬态响应,传统的V控制属于峰值V控制,不适用于boost变换器。引入电感电流补偿的峰值V控制或谷值V控制可用于boost变换器,但存在次谐波振荡等不稳定问题。如谷值V控制boost变换器工作于占空比较小,或使用电容常数较小的陶瓷电容作为输出电容。为研究V控制boost变换器的镇定控制,本论文对电感电流内补偿和混合补偿的峰值V控制boost变换器,以及电感电流内补偿、外斜坡补偿和混合补偿的谷值V控制boost变换器进行离散迭代建模,基于分岔图和最大Lyapunov指数等动力学分析方法,研究了相关变换器的动力学特性。分析了系统的失稳机制,根据稳定性边界得到了工作状态域分布,用于指导V控制boost变换器的镇定控制和参数设计。首先,论文研究了电感电流内补偿的V控制boost变换器在电感电流采样系数变化时的动力学特性。在电感电流采样系数或输入电压减小时,电感电流内补偿的峰值V控制boost变换器从周期1轨道经倍周期分岔进入周期2轨道,随后由边界碰撞分岔进入混沌状态。当谷值V控制boost变换器因输出电容等效串联电阻较小而处于混沌状态时,引入电感电流内补偿,随着电感电流采样系数增大,boost变换器进入多周期,最终被镇定到周期1轨道,内补偿拓宽了变换器的稳定运行参数范围。其次,论文研究了外斜坡补偿对谷值V控制boost变换器的镇定控制。当变换器因输出电容等效串联电阻较小,或输入电压较大而处于混沌状态时,随着外环等效斜坡电压斜率的增大,变换器进入多周期,最终被镇定到周期1轨道。外补偿拓宽了变换器的稳定运行参数范围。进一步,对于电感电流内补偿的峰值V控制boost变换器存在的不稳定问题,可引入外补偿,建立混合补偿的变换器。随着外环引入斜坡电压斜率的增大,boost变换器从混沌态被镇定到周期2态,最终稳定工作于周期1态。相比之下,混合补偿的变换器有更宽的稳定工作范围。将混合补偿用于谷值V控制boost变换器的镇定,从而使boost变换器在更宽的参数范围内实现稳定工作。最后,论文通过PSIM仿真和实验结果验证了动力学特性理论分析的正确性。

关键词： V2控制 boost变换器斜坡补偿离散迭代建模稳定性非线性动力学

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基于突发模式的混合控制移相全桥变换器研究

基于突发模式的混合控制移相全桥变换器研究

作者：吴斌西南交通大学

学位级别：硕士

在化石能源日益紧缺与环境问题越来越严峻的双重压力下,新能源产业的发展也越来越受到重视。其中,风电、光伏和电动汽车的发展又是重中之重。电动汽车走进我们的生活,开始逐渐取代传统的燃油汽车。但相比于传统燃油车,目前的电动汽车还... 详细信息

在化石能源日益紧缺与环境问题越来越严峻的双重压力下,新能源产业的发展也越来越受到重视。其中,风电、光伏和电动汽车的发展又是重中之重。电动汽车走进我们的生活,开始逐渐取代传统的燃油汽车。但相比于传统燃油车,目前的电动汽车还是存在一些明显的不足。目前,充电速度和电池续航是阻碍新能源汽车发展的主要因素。移相全桥变换器由于其控制简单、电压应力小而在低压大电流、大功率场合获得了广泛的应用。此外,移相全桥变换器由于可以实现软开关,还具备开关损耗低、效率高、电磁干扰小等优点。但由于轻载条件下的软开关很难实现,导致其轻载效率相对于LLC变换器等其他软开关变换器来说相对较低。相比于其他应用场合,作为电动汽车充电器和车内用电设备及电机驱动供电装置的DC-DC变换器工作于轻载条件下的时间会比较长。针对移相全桥变换器轻载效率低的问题,目前的研究大多是通过改变拓扑结构或增加辅助电路来实现其轻载条件下的软开关。但额外的辅助电路反而会造成效率的降低。因此,研究如何通过对原有的常用控制方式进行改进或将多种控制方式进行组合来增大其软开关范围、提升其轻载效率是十分必要的。首先,本文以应用于电动汽车充电桩、供电装置的移相全桥变换器为研究对象,研究其工作原理及工作模态。通过对传统移相全桥变换器工作模态和软开关实现原理的分析,得出限制其软开关范围的因素,并在此基础上结合电压型控制、突发(Burst)模式控制的原理、特性及对拓扑工作过程中电压、电流的影响,在移相全桥拓扑上采用电压型控制与Burst模式控制相结合的混合控制方式,增大轻载软开关范围。然后对电压型混合控制进行理论分析、仿真分析与实验验证。针对电压型混合控制方式的不足,详细分析峰值电流控制与Burst模式控制的原理与特性,得到一种峰值电流型混合控制方式。在负载较大时采用峰值电流控制,轻载时采用混合控制。通过移相占空比控制原边谐振电感电流大于实现软开关的临界值,通过Burst占空比调节输出电压,通过混合控制方式实现轻载条件下的软开关。进一步通过理论分析与实验测试获取变换器的效率曲线,在相同输入电压下,通过混合控制方式,在轻载时追踪效率较高点的运行状态,使全负载条件下的效率得以提升。最后,基于理论分析和仿真结果,制作了一台240W实验样机。详细叙述了实验样机参数设计、软件设计和硬件设计过程,进行了效率分析。最后给出了相同输入电压、不同负载电流和控制方式下的实验结果。理论分析、仿真结果和实验结果有很好的一致性。

关键词：新能源电动汽车移相全桥变换器软开关混合控制轨迹跟踪

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串联电池组均压电路研究及管理系统设计

串联电池组均压电路研究及管理系统设计

作者：覃福班西南交通大学

学位级别：硕士

随着国家电动汽车产业的兴起,作为电动汽车能量来源的动力电池及相关技术得到了快速发展。为了达到电动汽车要求的电压等级,动力电池通常需要串联成组使用,由于电池组内各电池单体的自身参数和工作环境存在差异,在实际使用过程中各单体... 详细信息

随着国家电动汽车产业的兴起,作为电动汽车能量来源的动力电池及相关技术得到了快速发展。为了达到电动汽车要求的电压等级,动力电池通常需要串联成组使用,由于电池组内各电池单体的自身参数和工作环境存在差异,在实际使用过程中各单体间电压不一致逐渐加剧,导致电池组综合性能下降,因此能在线减小单体间电压差异的均衡电路成为研究热点。本文对均衡电路进行深入研究,提出了基于电压均衡目标的均衡电路优化方法,在此基础上设计并制作了集电池组均衡、检测、控制和保护于一体的电池管理系统。首先研究了倍压整流均压电路的工作原理,针对该电路因均衡路径长和只有一半交流电流参与均衡而导致均衡效率和均衡速度较低的问题,以增加均衡电流通路的思想,提出一种隔离型桥式整流均压电路以提升均衡效率和速度。详细分析了隔离型桥式整流均压电路的工作原理和工作特性,并进行了仿真和实验验证。研究结果表明,隔离型桥式整流均压电路继承了倍压整流均压电路自主均压、磁性元件和开关管数量少的优点,解决了倍压整流均压电路存在的问题,提升了均衡效率和均衡速度,同时两个开关管均能实现零电压导通(Zero Voltage Switching,ZVS),减小了开关损耗。通过研究发现,当考虑二极管的导通电阻和电容的等效串联电阻(Equivalent Series Resistance,ESR)时,隔离型桥式整流均压电路在电池压差较小的工况下会出现电流重叠,导致均衡效率降低。针对此问题,本文在桥式整流均压电路基础上增加开关电阻均衡电路,提出混合型均压电路,并研究了相应的均衡策略以提升均衡效率。最后进行了仿真和实验验证。研究结果表明,混合型均压电路可有效地解决桥式整流均压电路因电流重叠导致均衡效率降低的问题,进一步提升了电路的均衡效率。为了保证串联电池组高效、安全可靠地工作,采用模拟前端芯片Bq76930与微控制器STM32F103C8T6结合的方案,设计了基于混合型均压电路的集中式电池管理系统。完成硬件电路设计和软件编写,搭建了实验平台,进行了充放电控制、均衡控制实验和电压、温度、电流等数据采集实验,实验结果表明电池管理系统运行性能良好。

关键词：串联电池组电池电压均衡反激变换器桥式整流混合型电路电池管理系统

宽增益混合型LLC谐振变换器及控制策略研究

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宽增益混合型LLC谐振变换器及控制策略研究

作者：周柬成西南交通大学

学位级别：硕士

随着如光伏发电、电动汽车等新能源行业的快速发展,越来越多的应用场合需要具有高效率、高功率密度这些特点的功率变换器。LLC谐振变换器因其自身结构简单,具有在全负载范围内实现初级侧开关管零电压开通(Zero Voltage Switching,ZVS)... 详细信息

随着如光伏发电、电动汽车等新能源行业的快速发展,越来越多的应用场合需要具有高效率、高功率密度这些特点的功率变换器。LLC谐振变换器因其自身结构简单,具有在全负载范围内实现初级侧开关管零电压开通(Zero Voltage Switching,ZVS)和次级侧二极管零电流关断(Zero Current Switching,ZCS)的特性而被广泛关注和使用,但传统的LLC谐振变换器无法在保证自身的效率的同时拥有较宽的电压增益范围。以此为背景,本文研究了一类宽增益的混合型LLC谐振变换器。首先针对基于定频移相控制的多有源开关管LLC谐振变换器中存在有源开关管数量较多、外围驱动电路设计困难的问题,提出了一种混合型钳位LLC谐振变换器以减少有源开关管的数量。详细分析了混合型钳位LLC谐振变换器的工作原理和工作特性,并通过使用“变频+移相”的混合控制策略来扩宽有源开关管的ZVS实现范围和减少变换器的环流时间。搭建了相应的仿真平台,进行了仿真分析,验证了理论分析结果。研究结果表明,混合型钳位LLC谐振变换器不需要增加有源开关管的数量就能拥有较宽的电压增益范围。针对混合型钳位LLC谐振变换器副边二极管过多的问题,为了简化其电路结构,提出了一种混合型非钳位LLC谐振变换器。在介绍混合型非钳位LLC谐振变换器拓扑的基础上,详细分析了电路的各个工作模态和工作特性,并通过仿真分析和实验结果进行了验证。研究结果表明,混合型非钳位LLC谐振变换器继承了混合型钳位LLC谐振变换器有源开关管数量少、电压增益范围宽的优点。相比于混合型钳位LLC谐振变换器,混合非钳位LLC谐振变换器的副边二极管和输出电容数量更少,副边二极管在混合控制策略下能更好地实现ZCS。为了实现只需采用相对简单的移相控制策略就能扩宽有源开关管的ZVS实现范围的目的,通过引入双半桥LLC,提出了一种混合型非钳位双半桥LLC谐振变换器。在介绍混合型非钳位双半桥LLC谐振变换器拓扑的基础上,详细分析了电路的各个工作模态,并进行了仿真分析。研究结果表明,在相同工作条件下,混合型非钳位双半桥LLC谐振变换器只需要使用较简单的移相控制就可以让全部开关管实现ZVS,不需要使用“变频+移相”这种更复杂的混合控制策略,并且混合型非钳位双半桥LLC谐振变换器的输入电流连续,可以选用容值更小的输入滤波电容。

关键词：宽增益LLC 混合型钳位混合型非钳位混合型非钳位双半桥混合控制策略