辅助谐振软开关二次型Boost变换器

作     者：李想 

作者单位：郑州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：秦明

授予年度：2017年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：软开关 辅助谐振电路 二次型Boost变换器 电压增益 效率 

摘      要：近年来,由于国家能源发展策略出现新变化,以风力发电、太阳能光伏发电为代表的新能源发电系统得到国家政策的大力支持,从装机容量方面来看,其投入力度已经达到世界领先水平。但随着新能源发电系统的高速发展和推广,其关键设备开关DC-DC变换器的要求也越来越高。因此本论文对于宽输入范围特点的高增益软开关DC-DC变换器展开系统地研究工作,可解决风力发电机、太阳能电池阵列等新能源供电装置提供的输入电压等级低、输入电压变化范围宽、新能源发电系统能量传输效率不稳定等问题,这具有重要研究意义。本论文介绍了高增益开关DC-DC变换器和软开关DC-DC变换器的研究现状,选取了几种常见的高增益开关DC-DC变换器结构和软开关DC-DC变换器结构,简要阐述了各类变换器结构的工作原理,并对比每类变换器的优缺点。经比较发现,二次型Boost变换器结构最符合新能源发电系统的应用设备要求。本论文深入分析了二次型Boost变换器结构,根据变换器中两个主电感能量变换状态的不同,将二次型Boost变换器分为CCM-CCM、CCM-DCM、DCM-CCM和DCM-DCM四种类型。本论文分别对每类二次型Boost变换器的工作原理、变换器工作特性和能量传递模式等方面进行了详细地理论研究。经研究发现,二次型Boost变换器能够提供高电压增益,拓宽输入电压范围,但存在开关损耗较高,电能变换率低等问题。为了解决二次型Boost变换器的上述问题并维持其优势,本论文设计并研究了一种新型辅助谐振软开关(Auxiliary Resonant Soft-Switching,ARSS)二次型Boost变换器,在基本二次型Boost变换器结构中设计了一个辅助谐振软开关电路结构。本论文细致地分析了ARSS二次型Boost变换器的电路结构和基本工作原理,介绍了该变换器在各开关模态的工作过程和主要工作波形,并对变换器开关管通断关系、输出特性、电压电流应力、软开关条件等进行了系统地理论研究。研究结果表明,ARSS二次型Boost器中主开关和辅助开关能够在零电压条件下实现软开关变换,提高电能变换效率,并且能够提供比传统的软开关二次型Boost变换器更高的电压增益,拥有更宽的输入电压范围。为了验证上述理论分析的正确性,本论文选取合适的电路元件及参数,在MATLAB/Simulink平台搭建了基本二次型Boost变换器和ARSS二次型Boost变换器地仿真电路模型,并设计了基于FPGA-EP4CE15F17C8的ARSS二次型Boost变换器实验样机,进行相应的仿真和实验,分析仿真和实验结果。最终,仿真结果和实验结果同上述地理论分析结论一致,验证了理论分析的正确性,也体现了本论文设计的ARSS二次型Boost变换器拥有一定的优越性和创新性,能够满足新能源发电系统对开关DC-DC变换器更高的应用设备要求。