应用于电力电子变压器的双向DC_DC变换器综述(学习笔记) (2)

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图1-4ABB公司采用级联H桥变换器和DC-DC变换器的PET拓扑

隔离型DC-DC变换器采用LLC谐振变换器,变换器可以工作在谐振状态,实现软开关。系统效率可以保持在96%左右。

目前,在隔离级双向DC-DC变换器主要为DAB变换器和LLC谐振变换器。

DAB变换器:

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图1-5DAB变换器电路原理图

如图1-5所示,DAB变换器主要有输入全桥变换器和输出全桥变换器及中高频变压器组成。

具备电气隔离、功率双向流动、开关器件ZVS开通和功率密度高等有点,广泛应用于电池充电、可再生能源发电、PET等领域。

DAB变换器的基本控制方法为单移相(single-phase-shift,SPS)控制、双重移相控制方式(dual-phase-shift,DPS)、三重移相控制方式(triple-phase-shiftcontrol,TPS)、两级控制方式、电压平衡控制方式。

SPS控制的实现方式:

通过控制变压器一、二次侧的全桥变换器产生的方波电压并改变这两个方波电压之间的移相角的大小和方向,来改变传输功率的大小和流向。

SPS控制的优缺点:

优点:控制方法简单,易于实现,传输功率较大

缺点:传统移相控制方法中,通过变压器漏感(少量串联电感)传递能量,在输入输出电压幅值不匹配时,变换器的功率环流和电流应力会大大增加,进而也增大了功率器件、磁性元件的损耗,降低变换器的效率。

DPS控制的实现方式:

在SPS控制方法上增加了要给控制量,除了变压器一、二次侧电压之间的移相值,一次侧或二次侧H桥内两桥臂之间也有一个移相值,通过控制两个移相值可以保证一定输出功率的前提下降低系统的回流功率和电流应力,从而减小系统的损耗、提高效率。

TPS控制的实现方式:

这种控制方式是在一次侧和二次侧H桥内两桥臂之间以及一、二次侧全桥之间都设置移相角,因此,有3个可控制的自由度。

两级控制的实现方式:

对输入侧级联H桥变换器进行输出电压的平衡控制,保证各个DC-DC变换器的输入电压均衡;在此基础上,由输出并联的DC-DC变换器进行各单元输出电流平衡控制,这样就可以保证各单元功率均衡。

两级控制的优缺点:

优点:控制方式灵活

缺点:(1)为了实现中间直流侧的电压平衡,需要补偿级联H桥各单元的调制波幅值,会影响交流输入电流的品质;

(2)DC-DC变换器的均流控制需要对电流进行滤波处理,降低了系统的动态性能。

电压平衡控制的实现方式:

输入侧级联H桥不进行电压平衡控制,由DAB变换器进行中间直流侧电压平衡控制及整个系统的功率平衡控制。

LLC谐振变换器:

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图1-6LLC谐振变换器电路原理图

如图1-6LLC谐振电路原理图所示,LLC谐振变换器由输入全桥变换器、谐振网络、中高频变压器和输出全桥变换器组成。

LLC谐振变换器的基本工作原理:

输入全桥变换器采用50%占空比的驱动信号进行控制,产生一个方波电压;输出全桥变换器进行不控整流,可以实现变压器一次侧开关器件的ZVS和二次侧开关器件的ZCS,有效降低了开关损耗。

LLC谐振变换器的优点:

具备软开关、能量双向流动、高效率、高功率密度等优点,作为PET的隔离级DC-DC变换器可以使系统的效率得到进一步优化。

LLC谐振变换器的主要研究内容:

参数优化、变换器的启机过程以及拓扑改进以实现功率双向流动。

参数设计:

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