dcdc直流變換器

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1、.第一章緒論本章介紹了雙向DC/DC變換器（Bi-directionalDC/DCConverter，BDC)的基本原理概述、研究背景和應(yīng)用前景，并指出了目前雙向直流變換器在應(yīng)用中遇到的主要問題。1.1雙向DC/DC變換器概述所謂雙向DC/DC變換器就是在保持輸入、輸出電壓極性不變的情況下，根據(jù)具體需要改變電流的方向，實現(xiàn)雙象限運行的雙向直流/直流變換器。相比于我們所熟悉的單向DC/DC變換器實現(xiàn)了能量的雙向傳輸。實際上，要實現(xiàn)能量的雙向傳輸，也可以通過將兩臺單向DC/DC變換器反并聯(lián)連接，由于單向變換器主功率傳輸通路上一般都需要二極管，因此單個變換器能量的流通方向仍是單向的，且這

2、樣的連接方式會使系統(tǒng)體積和重量龐大，效率低下，且成本高。所以，最好的方式就是通過一臺變換器來實現(xiàn)能量的雙向流動，BDC就是通過將單向開關(guān)和二極管改為雙向開關(guān)，再加上合理的控制來實現(xiàn)能量的雙向流動。1.2雙向直流變換器的研究背景在20世紀80年代初期，由于人造衛(wèi)星太陽能電源系統(tǒng)的體積和重量很大，美國學(xué)者提出了用雙向Buck/Boost直流變換器來代替原有的充、放電器，從而實現(xiàn)匯流條電壓的穩(wěn)定。之后，發(fā)表了大量文章對人造衛(wèi)星應(yīng)用蓄電池調(diào)節(jié)器進行了系統(tǒng)的研究，并應(yīng)用到了實體中。1994年，香港大學(xué)陳清泉教授將雙向直流變換器應(yīng)用到了電動車上，同年，F(xiàn).Caricchi等教授研制成功了用20

3、kW水冷式雙向直流變換器應(yīng)用到電動車驅(qū)動，由于雙向直流變換器的輸入輸出電壓極性相反，不適合于電動車，所以他提出了一種Buck-Boost級聯(lián)型雙向直流變換器，其輸入輸出的負端共用。1998年，美國弗吉尼亞大學(xué)李澤元教授開始研究雙向直流變換器在燃料電池上的配套應(yīng)用?？梢?，航天電源和電動車輛的技術(shù)更新對雙向直流變換器的發(fā)展應(yīng)用具有很大的推動力，而開關(guān)直流變換器技術(shù)為雙向DC/DC變換器的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。1994年，澳大利亞FelixA.Himmelstoss發(fā)表論文，總結(jié)出了不隔離雙向直流變換器的拓撲結(jié)構(gòu)。他是在單管直流變換器的開關(guān)管上反并聯(lián)二極管，在二極管上反并聯(lián)開關(guān)管，從而構(gòu)成四種

4、不隔離的雙向直流變換器：Buck-Boost、Buck/Boost、Cuk和Sepi-Zeta雙向直流變換器。隔離式雙向直流變換器有正激、反激、推挽和橋式等拓撲結(jié)構(gòu)。反激式變換器是基于Buck/Boost直流變換器設(shè)計的，電路結(jié)構(gòu)對稱，相比之下更易于構(gòu)成雙向直流變換器。但普通的反激式變換器容易產(chǎn)生電壓尖峰和振蕩，2001年陳剛博士提出了有源嵌位雙向反激式直流變換器，有效的消除了電壓尖峰和振蕩，并且實現(xiàn)了開關(guān)管的零電流開關(guān)，減少了開關(guān)器件的電壓應(yīng)力。推挽式變換器也具有對稱的電路結(jié)構(gòu)，且結(jié)構(gòu)簡單，但存在變壓器的偏磁和漏感，從而限制了變換器的應(yīng)用。所以有學(xué)者提出，在輸入輸出電壓相差較大的

5、場合，可以應(yīng)用由推挽變換器和半橋變換器組成的混合式變換器。橋式直流變換器有兩類電路：一種是雙有源橋式變換器，電路結(jié)構(gòu)對稱，通過控制相位角來控制兩直流電源間能量傳輸?shù)姆较蚝痛笮?；另一種是由電壓源型橋式直流變換器和電流源型直流變換器構(gòu)成，且這兩種電路都具有軟開關(guān)特性。1.3雙向直流變換器的應(yīng)用前景雙向DC/DC變換器主要應(yīng)用在：電動汽車、太陽能電池陣、不停電電源（UPS）、分布式電站等方面。..1.3.1在電動汽車中的應(yīng)用近年來，考慮到環(huán)境污染和能源安全等方面，電動汽車的研究得到了飛速的發(fā)展。電動汽車包括純電動汽車、混合動力車和燃料電池電動汽車三大類。雙向DC/DC變換器是應(yīng)用到電動汽

6、車的一項重要技術(shù)。目前，蓄電池電動汽車技術(shù)已經(jīng)有了較成熟的發(fā)展，但由于蓄電池可靠性差且儲能小，電動和內(nèi)燃機驅(qū)動相結(jié)合的混合車輛的研究已經(jīng)成為了我國一些企業(yè)和科研院所的發(fā)展重點?；旌想妱榆囉蔁o刷直流發(fā)電機、逆變器與驅(qū)動用交流電動機和蓄電池與雙向直流變換等三部分組成。其工作過程是：啟動發(fā)動機，蓄電池通過雙向直流變換器向無刷直流電機供電，無刷直流電機驅(qū)動發(fā)動機使其啟動，作為電動機運行。發(fā)動機正常工作后，傳動發(fā)電機發(fā)出直流電，發(fā)電機的電能一方面給電池充電，另一方面給逆變器供電，使交流電動機工作，驅(qū)動車輛。電動車加速時，發(fā)電機和蓄電池同時向逆變器供電，交流電動機輸出功率加大。車輛下坡或制動時

7、，電動機轉(zhuǎn)為再生制動狀態(tài)，逆變器將電動機能量返回，通過雙向直流變換器回到蓄電池。燃料電池具有能量密度高、能量轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)點，是將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能的裝置，它是未來電動車的首選能源。在燃料電池供電的電動車系統(tǒng)中，由蓄電池提供壓縮機電機的驅(qū)動能量，從而建立燃料電池電壓，給其創(chuàng)造了啟動條件。正常運行時，壓縮機電機的能量由燃料電池來提供，系統(tǒng)中逆變器帶動的驅(qū)動電機的能量回饋到蓄電池中，同時，燃料電池給蓄電池充電。其原理圖如下圖所示：1.3.2在太陽能電池陣系統(tǒng)中的應(yīng)用所有利用