基于临界电流模式的单级双向AC/DC变换器调制策略研究

作     者：郎天辰 

作者单位：南京航空航天大学 

学位级别：硕士

导师姓名：胡海兵

授予年度：2022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：单级式双向AC/DC 单移相临界电流模式 扩展移相临界电流模式 全范围软开关 

摘      要：在混合交直流微网和V2G(车辆到电网)系统中,隔离型双向AC/DC变换器是重要的电能变换部件,其性能指标直接影响了微网和V2G系统的性能和推广。本文着重研究了基于临界电流连续调制策略的单级双向双有源桥型AC/DC变换器,该调制策略可实现变换器两侧桥臂所有开关管全范围内的零电压开通,以提高变换器的效率。本文详细分析了基于单移相临界电流连续模式的工作原理,推导了其调制策略中的频率和移相比的数学表达式,并给出了调制的实现方式,解决了传统单移相调制无法实现软开关的困难,大幅提升了单移相调制策略下的变换效率。根据软开关实现复位电流不同,可分为多种复位电流模式,通过权衡计算开关频率和电感电流有效值之间关系,折中选择复位电流模式与调制实现方式。虽然单移相临界电流连续模式可以实现软开关,但是其开关管关断电流大、环流损耗大,为此,本文提出了一种基于扩展移相临界电流模式的效率优化调制策略,分析了基于扩展移相临界电流连续模式的工作原理,推导了其频率和内外移相比的具体表达式,并从频率、增益、关断电流、电流有效值四个方面与单移相临界电流模式进行对比,对比结果表明:扩展移相临界电流模式的增益和频率范围与单移相临界电流模式相当,但是在确保实现全范围软开关的同时,可以显著减小电感电流的有效值与开关管的关断电流,提高转换效率。论文最后搭建了48V直流220V交流500W的单级式双向AC/DC变换器仿真模型和实验样机,分别对单移相和扩展移相临界电流模式的调制策略进行了仿真与实验验证,验证了所提调制策略的可行性。扩展移相临界电流模式双向工作最高效率达到95.1%,整流和逆变工作均正常,适用于中小功率双向变换器领域。