適用于寬輸入電壓范圍的Buck-Boost直流變換器及其控制策略的研究.pdf

1、雙管Buck-Boost變換器具有升降壓功能、輸入輸出極性相同、無源元件少以及開關(guān)器件電壓應(yīng)力低等諸多優(yōu)點(diǎn)，已在很多寬輸入電壓范圍場合得到應(yīng)用。但是該變換器不具有電氣隔離功能，且在實(shí)現(xiàn)高效率的兩模式控制策略下，其輸出電壓只能限定在輸入電壓范圍內(nèi)。為此，本文研究具有電氣隔離功能的Buck-Boost變換器的電路拓?fù)浼捌淇刂撇呗?，?shí)現(xiàn)高的變換效率和良好的動態(tài)響應(yīng)，以適應(yīng)寬輸入電壓范圍且同時要求電氣隔離的場合，如光伏發(fā)電系統(tǒng)、燃料電池供電系統(tǒng)

2、和分布式電源系統(tǒng)等。
　　本文主要包括三部分。
　　第一部分為第二章，詳細(xì)分析雙管Buck-Boost變換器的兩模式控制方法，為隔離型Buck-Boost變換器的研究打下基礎(chǔ)和提供思路。該章首先從減小電感電流平均值的角度出發(fā)，推導(dǎo)出雙管Buck-Boost變換器的兩模式控制，即當(dāng)輸入電壓分別高于和低于輸出電壓時，變換器分別工作在Buck和Boost模式。與單模式控制相比，兩模式控制可以有效減小變換器的導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗，實(shí)現(xiàn)

3、變換器在整個輸入電壓范圍內(nèi)的高效率變換。為了實(shí)現(xiàn)雙管Buck-Boost變換器兩個工作模式的自動切換，第二章對雙調(diào)制信號-單載波的兩模式控制方法進(jìn)行了分析，并給出了工作模式自動平滑切換的條件。此外，第二章還建立了兩模式控制方法下雙管Buck-Boost變換器的小信號模型，進(jìn)行了相應(yīng)的閉環(huán)設(shè)計(jì)，并在一臺輸入250V~500V、輸出360V、額定功率6kW的雙管 Buck-Boost變換器原理樣機(jī)上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
　　第二部分為第三

4、章，在雙管Buck-Boost變換器的基礎(chǔ)上推導(dǎo)出一族隔離型Buck-Boost變換器，并以全橋-Boost變換器為例，提出了其模式自動切換的高效率控制方法。高效率控制方法主要包括1）兩模式控制：高輸入電壓區(qū)間和低輸入電壓區(qū)間全橋-Boost變換器分別工作在全橋和Boost模式，以減小電感電流平均值，從而減小導(dǎo)通損耗；2）基于移相控制的雙沿調(diào)制：移相控制可以實(shí)現(xiàn)全橋單元開關(guān)管的零電壓開關(guān)，以減小開關(guān)損耗，而且考慮到諧振電感（含變壓器漏感

5、）導(dǎo)致的占空比丟失，全橋和Boost單元只有分別采用前沿和后沿調(diào)制才能使電感電流脈動最小，進(jìn)一步減小導(dǎo)通損耗；3）雙頻控制：在折算到變壓器副邊的輸入電壓和輸出電壓接近的工作區(qū)間，由于電感電流脈動很小，為此可將Boost單元的開關(guān)頻率降低為原開關(guān)頻率的1/(2N+1)，N為正整數(shù)，以進(jìn)一步減小變換器的開關(guān)損耗，并避免變壓器的直流磁化；進(jìn)一步，將所提出的高效率控制方法和雙調(diào)制-單載波控制方法結(jié)合在一起，可以同時實(shí)現(xiàn)變換器整個輸入電壓范圍內(nèi)的

6、高效率變換和工作模式的自動平滑切換。第三章還討論了變壓器變比的優(yōu)化設(shè)計(jì)，建立了模式自動切換高效率控制方法下全橋-Boost變換器的小信號模型，并進(jìn)行了相應(yīng)的閉環(huán)設(shè)計(jì)。同樣的，在一臺輸入電壓250V~500V、輸出電壓360V、額定功率6kW的全橋-Boost變換器原理樣機(jī)上驗(yàn)證了所提出的模式自動切換高效率控制方法的有效性。
　　第三部分為第四章，研究全橋-Boost變換器的輸入電壓前饋方法以減小輸入電壓擾動對輸出電壓的影響，提高變

7、換器的動態(tài)特性。該章首先推導(dǎo)了全橋-Boost變換器不同工作模式下的輸入電壓前饋函數(shù)。進(jìn)一步，考慮前饋函數(shù)的小信號和大信號實(shí)現(xiàn)方式，分別提出了加入小信號和大信號輸入電壓前饋的模式自動切換控制策略。采用這兩種控制策時，全橋-Boost變換器都能實(shí)現(xiàn)工作模式和相應(yīng)輸入電壓前饋函數(shù)的同時自動選擇，從而同時保證變換器的高效率變換和良好的動態(tài)響應(yīng)。小信號和大信號輸入電壓前饋都能有效抑制輸入電壓擾動對輸出電壓的影響，相比較而言，大信號輸入電壓前饋實(shí)