文档介绍：重庆大学
硕士学位论文
车用双向半桥零电压开关变换器的研究
姓名:黄杰辉
申请学位级别:硕士
专业:电气工程
指导教师:王明渝
20060501
重庆大学硕士学位论文中文摘要
摘要
高功率密度双向 DC-DC 功率变换器能够高效率、灵活地实现对电能双向流动
的控制,将广泛地应用在混合动力汽车、航天供电系统、新能源再生能源发电等
系统中。但是双向 DC-DC 功率变换器要在电动汽车、航天等许多应用场合获得实
际应用仍面临三大问题,即双向 DC-DC 功率变换器的功率密度、电磁兼容性和成
本问题。软开关技术是解决功率密度和电磁兼容性的关键技术。谐振、准谐振或
多谐振技术方案,变换器的电压电流应力较高。能量缓冲吸收电路或有源钳位电
路方案,由于需要增加多个额外辅助元件,增加了变换器的复杂性。相移控制双
向 DC-DC 功率变换器因具有功率器件电压,电流应力小,定频工作和无须增加辅
助器件即可实现功率器件的零电压开关条件等优点而受到关注。
作者在查阅国内外大量双向 DC-DC 变换器资料的基础上,采用一种新型双向
DC-DC 变换器的拓扑结构。变换器由两个对称半桥组成,功率传输由相移脉宽调制
方式控制。它可以不用辅助电路就可以实现开关的零电压通断,而且所用设备少、
转换效率高和控制电路简单。此变换器主要用于混合动力汽车燃料电池的辅助启
动,因为它需要一个双向 DC-DC 变换器来实现自身的冷启动和能量的反向回馈。
该变换器把软开关技术和相移控制 PWM 技术以及双向 DC-DC 变换器技术有机结
合在一起,有效地降低了电路的开关损耗和开关噪声,为变换器装置提高开关频
率、效率以及降低尺寸及重量提供了良好的条件;同时,能拓宽零电压开关的范
围,使变换器在较宽的负载变化范围内都能实现软开关。还保持了常规的硬开关
全桥 PWM 双向 DC-DC 变换器中拓扑结构简洁、元器件的电压和电流应力小等一
系列优点。
文中介绍了双向半桥零电压(ZVS)变换器的工作原理和不同时间段的等效电
路图,以及给出了实现软开关的条件。并完成了控制电路的设计,仿真结果验证
了电路结构和控制方法的正确性。进行了建模分析,为具体电路的闭环设计提供
了理论依据。最后给出了电路仿真结果和实验结果。
关键词:相移控制,零电压开关,双向DC-DC变换器,混合动力汽车
I
重庆大学硕士学位论文英文摘要
ABSTRACT
Bi-directional DC-DC converters can easily control the transfer of power between
two DC sources, and will be widely used in applications as fuel cell vehicles,
aerospace systems, and new power generation system which utilize clean energy.
However, there exit key problems in their applications, which are power density, EMC
and cost. Soft switching is one of key technology to solve these problems. Some
circuits use resonant, quasi-resonant, and multi-resonant techniques. However, voltage
and current stress in these converters are higher. Some circuits use passive snubbers or
active clamp techniques. However, these converters e plicate.
Phase-shift bi-directional DC-DC converter is attractive since it operates with fixed
frequency, has small voltage and current stress and can realize ZVS without auxiliary
switches.
A novel bi-directional DC-DC converter is introduced, which based on referring
to much converter data. The con