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双有源桥变换器优化控制策略研究

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第1章 绪 论

1.1 课题研究背景

1.2 双有源桥变换器优化控制策略与课题研究意义

1.3 本文研究内容

第2章 变换器工作过程与损耗模型

2.1 变换器控制模式分析

2.2 损耗模型

2.3 本章小结

第3章 变换器基本特性分析

3.1 双有源桥变换器软开关特性分析

3.2 功率传输特性分析

3.3 影响电流有效值的几个主要因素

3.4 本章小结

第4章 电流有效值优化控制策略

4.1 优化控制方案

4.2 优化控制方案改进

4.3 本章小结

第5章 硬件电路设计与实验验证

5.1 引言

5.2 电路设计

5.3 实验验证

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢

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摘要

双有源桥变换器作为一种高效率双向变换器拓扑,具有宽输入宽输出范围、控制简单、定频工作、电压电流应力小等优势。利用自身的寄生电感,可使变换器中所有开关器件均工作于零电压开关状态,提高变换器的效率。因此,在电动汽车、微电网、超级电容储能、新能源发电等能量双向流动的场合得到广泛应用。
  为减小双有源桥式DC-DC变换器的功率损耗,本文提出了一种双重移相加桥间移相控制的优化控制策略。该控制策略在保证传统双有源桥软开关、宽输入宽输出电压范围的基础上保证漏感电流有效值最小,能够减小变换器损耗,提升变换器效率。在桥间移相(Single phase shift, SPS)和双重移相(Extended phase shift, EPS)相结合的复合控制策略下,双有源桥变换器实现了全负载范围内的功率传输。相比于现有控制策略,本文提出的优化控制策略更容易实现ZVS软开关、减小损耗,同时,各模式之间平滑自由切换,更易于实现闭环控制。
  该文首先分析了常用的控制模式及控制策略,对比分析现有不同控制策略的优势和劣势,提出以减小电流有效值为优化目标的优化控制策略。对变换器的功率传输特性、软开关特性、电流应力特性进行分析,并在此基础上,通过建立漏感电流有效值、传输功率及软开关条件三者的数学模型,得出一条最优控制轨迹。该轨迹确保变换器工作于最小电流有效值状态且可以实现 ZVS软开关,从而显著减小系统的导通损耗和开关损耗,实现了双有源桥变换器的优化控制。最后,搭建了双有源桥式变换器的仿真平台和实验样机,仿真和实验结果验证了理论分析的正确性和控制策略的有效性。

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