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双向全桥dc/dc变换器控制技术的研究

双向全桥DC/DC变换器控制技术的研究

作者：袁精燕山大学

学位级别：硕士

随着科技的发展，新能源的应用，双向dc/dc变换器已广泛应用于太阳能发电系统、航空电源系统、直流不停电电源系统、电动车能量管理系统等领域。尤其是在独立光伏发电系统中，双向dc/dc变换器承担着直流母线与储能单元之间能量传递的任... 详细信息

随着科技的发展，新能源的应用，双向dc/dc变换器已广泛应用于太阳能发电系统、航空电源系统、直流不停电电源系统、电动车能量管理系统等领域。尤其是在独立光伏发电系统中，双向dc/dc变换器承担着直流母线与储能单元之间能量传递的任务。因此，对双向dc/dc变换器控制技术的研究有着至关重要的意义。本文选取双向全桥dc/dc变换器作为研究对象，对移相控制技术在双向全桥dc/dc变换器中的应用进行深入研究。由于双向全桥dc/dc变换器在传统移相控制中，会有功率回流现象，这样会降低变换器效率，增加开关管电流应力，软开关范围较小，尤其在输入输出电压幅值不匹配时该现象更为严重。针对以上问题，本文研究双重移相控制技术，通过计算分析，得出双重移相控制可以减小功率回流，实现功率的最大传输，并且实现软开关。本文详细介绍了双重移相控制的工作原理，并给出了其传输功率和回流功率的数学模型，得出其功率调节范围灵活性增强的结论，通过与传统移相控制软开关范围相比较，得出双重移相控制更易实现软开关。并利用MATLAB仿真软件对双重移相控制工作原理进行验证分析。最后依照课题要求，搭建双向全桥dc/dc变换器实验平台，采用DSP28027作为数字控制芯片，对理论分析进行验证。在文中采用基于DSP的数字移相的直接生成方法，该方法可方便的实现移相脉冲的产生和死区时间的设置。

关键词：双向全桥dc/dc变换器移相控制回流功率软开关技术数字控制

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双向全桥dc/dc变换器控制策略的研究

双向全桥DC/DC变换器控制策略的研究

作者：朱孟江安徽理工大学

学位级别：硕士

随着传统能源的枯竭,新型清洁产业如电动汽车、光伏系统等不断的快速发展,双向全桥dc/dc变换器作为其中一个重要的电能变换装置得到了广泛的应用。因其具有结构对称,较高的功率密度,不用改变两端电压极性实现能量双向流动等优势,成为现... 详细信息

随着传统能源的枯竭,新型清洁产业如电动汽车、光伏系统等不断的快速发展,双向全桥dc/dc变换器作为其中一个重要的电能变换装置得到了广泛的应用。因其具有结构对称,较高的功率密度,不用改变两端电压极性实现能量双向流动等优势,成为现代电力电子研究的热点。本文主要对双向全桥dc/dc变换器的控制策略进行研究,针对传统单移相控制在输入、输出电压不匹配时,电感电流应力较大等问题,确定采用双移相控制。首先,分析了双移相控制原理,对不同阶段的工作模式进行分析,建立了传输功率、电感电流峰值数学模型。然后,为降低变换器中的电感电流应力,推导出以优化电感电流应力为目标的双移相控制算法,并与单移相控制下的电感电流应力进行了对比分析,说明在相同有功功率传输下,双移相控制有更小的电感电流应力和更宽的传输功率调节范围,灵活性增强。最后,在双移相控制算法的基础上,本文采用了一种高效的双移相模式切换控制策略,设计并实现了相应的控制方案。通过Matlab/Simulink仿真软件搭建了基于移相控制的双向全桥dc/dc变换器模型,分别仿真了变换器在单、双移相控制下的电感电流峰值波形,验证了双移相控制算法的有效性,仿真了变换器在两种双移相模式切换过程中输出电压的稳定性,及电感电流应力大小。然后,设计了双向全桥dc/dc变换器的硬件电路,编写了双移相控制程序,搭建了变换器的硬件实验平台,验证了本文双移相控制算法的可行性与有效性。仿真波形和实验结果基本吻合,验证了理论分析的正确性。在相同的传输功率下,采用优化的双移相控制策略不仅减小了变换器中的电感电流应力,而且系统中的回流功率也减小了,提高了系统的功率传输效率。

关键词：双向全桥dc/dc变换器双移相电感电流应力切换策略

基于DSP数字控制双向全桥dc/dc变换器的研制

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基于DSP数字控制双向全桥DC/DC变换器的研制

作者：许佳西安理工大学

学位级别：硕士

双向dc/dc变换器(Bi-directional dc/dc Converter, Bdc)是典型的“一机两用”设备,可实现能量的双向传输,所以在需要能量双向流动的场合,双向dc/dc变换器的应用可大幅度减轻系统的体积、重量和成本,有着重要的研究价值。本文主要研究... 详细信息

双向dc/dc变换器(Bi-directional dc/dc Converter, Bdc)是典型的“一机两用”设备,可实现能量的双向传输,所以在需要能量双向流动的场合,双向dc/dc变换器的应用可大幅度减轻系统的体积、重量和成本,有着重要的研究价值。本文主要研究适用于中到大功率场合的数字控制隔离型双向全桥dc/dc变换器。本文首先介绍双向dc/dc变换器的概念、应用场合以及研究现状,并在此基础上分析了研究较多的电压-电流型双向全桥dc/dc变换器的优缺点,进而引出了电压-电压型双向全桥dc/dc变换器。该变换器的高压侧和低压侧都为电压型全桥结构,降压模式时,高压侧开关管有驱动信号,低压侧开关管驱动信号封锁,仅用功率开关管的体二极管整流;升压模式时,其工作原理与降压模式相反。因此,升/降压工作模式原理与单向全桥dc/dc变换器类似。同时还分析了主电路中高频变压器偏磁问题并给出了解决方案。其次本文在对电压-电压型双向全桥dc/dc变换器工作原理分析的基础上,设计了主电路、驱动电路、采样电路以及保护电路等,并详细介绍了电路中主要元器件参数的选取方法,变压器等磁性元件的设计流程,并利用OrCAD10.5/PSpice软件对整个主电路方案进行了仿真验证。本文还详细介绍了基于DSP TMS320F2812数字控制电路的设计过程,并且提出了一种基于DSP全比较模式的数字移相直接生成方法,该方法通过编程方式就可以实现移相波形的产生及死区的灵活设置,并设计了合理的数字控制器。最后制成了一台额定功率1KW的样机,进行了实验验证。实验结果表明了上述方案、分析、设计的正确性。

关键词：双向全桥dc/dc变换器移相控制数字PI控制 DSP

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数字控制双向全桥dc/dc变换器的研究

数字控制双向全桥DC/DC变换器的研究

作者：牛金红华中科技大学

学位级别：硕士

双向dc/dc变换器(Bi-directional dc/dc Converter, Bdc)是可双象限运行的直流-直流变换器。该变换器能够根据实际需要调节能量的流动方向,在功能上相当于两个单向直流-直流变换器。随着科技和生产的发展,对双向dc/dc变换器的需求逐渐增... 详细信息

双向dc/dc变换器(Bi-directional dc/dc Converter, Bdc)是可双象限运行的直流-直流变换器。该变换器能够根据实际需要调节能量的流动方向,在功能上相当于两个单向直流-直流变换器。随着科技和生产的发展,对双向dc/dc变换器的需求逐渐增多,主要有直流不停电电源系统、航天电源系统、电动汽车等应用场合。在需要能量双向流动的场合,双向dc/dc变换器的应用可大幅度减轻系统的体积重量和成本,有重要的研究价值。本文主要研究适用于中大功率场合的数字控制隔离型双向全桥dc/dc变换器。本文首先在介绍双向dc/dc变换器的概念、构成方法的基础上引出双向全桥dc/dc变换器,该变换器变压器高压侧为电压型全桥结构,接直流母线;低压侧为电流型全桥结构,接蓄电池。接着介绍双向全桥dc/dc变换器的工作原理,该变换器有两种工作模式:充电模式时,高压侧开关管有驱动信号,低压侧开关管驱动信号封锁,工作原理与单向全桥dc/dc变换器类似;放电模式时低压侧开关管有驱动信号,高压侧开关管驱动信号封锁,工作原理与Boost型全桥dc/dc变换器类似。同时分析了变换器工作过程中存在的占空比损失、开关管电压尖锋、启动控制等问题及相应的解决方案。然后用状态空间平均法建立变换器的小信号模型,研究双向全桥dc/dc变换器的控制模型,分析变换器的闭环系统稳定性,并给出单闭环PID控制器的设计方法。最后给出一台200W双向全桥dc/dc变换器系统设计、软件流程、数字PID控制器的实现方法、及实验结果与分析。

关键词：双向全桥dc/dc变换器充电模式放电模式控制模型数字PID控制

直流微电网双向全桥dc/dc变换器控制策略

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山东电力技术 2020年第9期47卷 1-6页

作者：朱胜杰张厚升山东理工大学电气与电子工程学院山东淄博255022

提出基于电压PI闭环加移相控制的双向全桥dc/dc变换器的控制方式,使输出电压能快速跟踪额定输出电压,达到所需要输出电压的标准,提高输出电压的响应速度。通过分析移相控制双向全桥dc/dc变换器的工作原理建立变换器工作状态时的开关状... 详细信息

提出基于电压PI闭环加移相控制的双向全桥dc/dc变换器的控制方式,使输出电压能快速跟踪额定输出电压,达到所需要输出电压的标准,提高输出电压的响应速度。通过分析移相控制双向全桥dc/dc变换器的工作原理建立变换器工作状态时的开关状态等效电路,并对移相控制双向全桥dc/dc变换器的传输功率特性进行研究,得出了传输功率与移相比的关系。利用MATLAB/Simulink搭建双向全桥dc/dc变换器控制模型,分析开关的脉冲信号、流过电感的电压和电流、变压器原边与副边的电压波形,与理论波形进行对比分析,并分析副边输出电压响应波形,验证所提控制方式的正确性和有效性。

关键词：双向全桥dc/dc变换器电压PI闭环控制移相控制直流微电网

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双移相控制双向全桥dc-dc变换器研究

双移相控制双向全桥DC-DC变换器研究

作者：唐智武汉理工大学

学位级别：硕士

传统化石能源的日益紧缺引发了新能源技术的广泛研究与应用,光伏发电系统、风力发电和电动汽车是目前新能源技术应用的热点。光伏、风力发电由于其本身的不稳定特征,必须加入具有缓冲和调峰功能的储能系统,需要具备高功率密度和能量双... 详细信息

传统化石能源的日益紧缺引发了新能源技术的广泛研究与应用,光伏发电系统、风力发电和电动汽车是目前新能源技术应用的热点。光伏、风力发电由于其本身的不稳定特征,必须加入具有缓冲和调峰功能的储能系统,需要具备高功率密度和能量双向流动的能力。电动汽车制动时将动能回馈到电池和超级电容,有利于提高电能的利用率,增加续航里程。这些应用都需要有高功率密度的双向dc/dc变换器作为能量流动控制装置。隔离双向全桥dc/dc变换器具有能量双向流动能力、很高的功率密度、容易实现软开关因而具有较高的效率等诸多优点,在许多场合获得了广泛的应用。双向全桥dc/dc变换器的传统控制方法是单移相控制,这种控制方法具有较大的局限性,当变换器两侧电压不匹配时,开关管电流应力变大、回流功率增加以及软开关范围减小,会显著降低变换器效率。因此,改进传统控制方法,扩大变换器的电压变换范围以提高变换器的性能,具有重要的实际意义。本文分别介绍了传统单移相控制和双移相控制下变换器的工作原理,推导了不同控制方法下的变换器传输功率和电流应力特性,分析了软开关过程、软开关条件及软开关的范围,并将两种控制方法进行对比,理论分析表明,双移相控制调节更加灵活,能够有效降低电流应力,且更容易实现软开关。在变换器理论推导的基础上,导出了最小峰值电流优化控制策略,并建立了变换器的小信号模型。通过仿真分析,验证了该控制策略对减小变换器电流应力的显著效果。最后,本文设计了一台采用TMS320F28069控制芯片的400W变换器实验样机,给出了较详细的硬件设计过程,包括主电路、驱动电路、采样电路及控制和保护电路。简要介绍了程序设计流程,并应用经典控制理论补偿变换器的控制环路,利用伯德图方法得到了补偿器的传递函数和离散化后的差分方程。实验结果验证了理论分析的正确性和样机设计的合理性。

关键词：双向全桥dc/dc变换器双移相控制电流应力软开关

双向全桥dc-dc变换器移相控制方式的研究

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双向全桥DC-DC变换器移相控制方式的研究

作者：张华勇河北工业大学

学位级别：硕士

随着我国近年来工业科技的进步与社会经济的快速崛起,新能源的开发与高效率利用进入了快速发展期。双向全桥dc/dc变换器作为直流母线与储能单元之间电能的功率传递和转换的装置,已越来越广泛地应用到新能源发电系统以及电动车充放电系... 详细信息

随着我国近年来工业科技的进步与社会经济的快速崛起,新能源的开发与高效率利用进入了快速发展期。双向全桥dc/dc变换器作为直流母线与储能单元之间电能的功率传递和转换的装置,已越来越广泛地应用到新能源发电系统以及电动车充放电系统、航空电源系统等领域。因此,对双向全桥dc/dc变换器进行广泛深入的科学研究具有重要的价值和意义。本文将双向全桥dc/dc变换器作为研究对象,对双向全桥dc/dc变换器在移相控制方式下的电流应力和功率传输特性进行深入的研究。本文针对双向全桥dc/dc变换器所具有的拓扑结构特点,对双向全桥dc/dc变换器的单移相控制(Single-phase-shift,SPS)和双重移相控制(Dual-phase-shift,DPS)方式以及在两种控制方式下变换器的特性进行研究。在单移相控制方式下双向全桥dc/dc变换器在功率传输时存在的回流功率以及电压不匹配时电流应力过大的现象,引起了变换器全桥结构中功率开关管的损耗增加以及变换器的功率传输效率降低的。针对这一问题,首先分析了双向全桥dc/dc变换器在单、双重移相控制下的工作模态以及进行数学建模。在双重移相控制理论的基础上,分别推导出变换器工作在电流应力最小状态和回流功率最小时所对应的移相比。从而实现对变换器的电流应力和回流功率有效减小,提高了变换器传输功率,并进行仿真验证。最后,本文设计和搭建了实验样机。给出了实验样机的参数,并根据参数的合理性选择适合实验所用的功率开关管器件。介绍了双向全桥dc/dc变换器的主电路、隔离驱动电路和相关电路参数计算等。并且在TMS320F28335控制芯片上进行移相程序编程,完成了双向全桥dc/dc变换器在单移相控制和双重移相控制下的实验,验证了理论分析的正确性和有效性。

关键词：双向全桥dc/dc变换器双重移相控制电流应力回流功率

基于扩展移相控制的双向dc/dc变换器控制策略

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电工技术 2022年第5期 22-24,28页

作者：赵雅琳柴华钱阳国网运城供电公司变电运维中心山西运城044000 国网山西省电力公司广灵供电公司山西广灵037500 南京工程学院电力工程学院江苏南京211100

储能的发展对双向dc/dc变换器的传输效率有较高的要求,为此提出一种基于最大传输功率的双向全桥dc/dc变换器扩展移相控制策略,并采用奇异摄动法建立了扩展移相控制下变换器的小信号模型。最后,基于MATLAB/Simulink搭建仿真模型,仿真实... 详细信息

储能的发展对双向dc/dc变换器的传输效率有较高的要求,为此提出一种基于最大传输功率的双向全桥dc/dc变换器扩展移相控制策略,并采用奇异摄动法建立了扩展移相控制下变换器的小信号模型。最后,基于MATLAB/Simulink搭建仿真模型,仿真实验结果验证了该策略的有效性和可行性。

关键词：双向全桥dc/dc变换器扩展移相奇异摄动理论小信号模型

电池储能系统的双向dc/dc变换器控制策略研究

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电测与仪表 2018年第16期55卷 84-88页

作者：朱孟江李良光梁磊安徽理工大学电气与信息工程学院安徽淮南232001

研究电网与蓄电池之间的电能变换接口装置,为改善变换器的性能,提出一种基于双重移相控制的电池储能系统的双向全桥dc/dc变换器。从理论上对双向全桥dc/dc变换器的工作特性进行了分析,以抑制电路中的回流功率为目标,根据系统的传输功率... 详细信息

研究电网与蓄电池之间的电能变换接口装置,为改善变换器的性能,提出一种基于双重移相控制的电池储能系统的双向全桥dc/dc变换器。从理论上对双向全桥dc/dc变换器的工作特性进行了分析,以抑制电路中的回流功率为目标,根据系统的传输功率与高频变压器两侧的变比理论上推导最优移相控制量,简化移相控制量实现对双向dc/dc变换器实时控制,实现了被控量的稳定,传输效率的提高。最后,搭建的小功率实验样机表明:该控制策略可以有效降低功率传输中的回流功率。

关键词：双重移相控制双向全桥dc/dc变换器蓄电池