【文章內(nèi)容簡介】 比N=n1：n2=3：1。 雙向DC一DC變換器中變壓器偏磁問題：變壓器上施加的電壓和工作磁通中的關(guān)系由下式給出: （32）一般情況下，電路在平衡狀態(tài)下，磁通是對稱的。若由于某種原因?qū)е聝蓚€半周期內(nèi)施加在高頻變壓器上的電壓不相等(例如開關(guān)管的飽和壓降有較大差異)，或是開關(guān)管的導(dǎo)通脈寬不相等(例如由于存儲時間的不一致，控制電路輸出脈寬不相等以及反饋環(huán)路引起的不對稱等)時，功率轉(zhuǎn)換電路便工作在不平衡狀態(tài)。此時磁通變化的幅度就不相同，磁通在一個周期終了時不能返回到起始點，于是將在一個方向逐漸增大，其工作區(qū)域?qū)⑵蛞粋€象限，引起磁芯單向飽和，電流急劇上升，從而導(dǎo)致開關(guān)管損壞。同樣，全橋電路也會出現(xiàn)偏磁。圖31磁性特性示意圖在脈沖寬度調(diào)制的開關(guān)變換器中，為滿足輸出特性的需要，脈沖的寬度需要不斷的調(diào)整。功率開關(guān)管的飽和壓降、存儲時間及控制電路的輸出脈寬等不可能完全一致，反饋回路引起的不對稱也不可能完全消除，因此，在雙向DC一DC變換器中，偏磁是必然存在的。目前采用抗偏磁的措施有以下幾種:（1）對于頻率較低、功率較小的變換器，由于變壓器繞組的阻值較高，自平衡能力較強(qiáng)，可以采用增大磁芯面積，或使磁芯保留一定的氣隙，并適當(dāng)加大功率器件的容量，可使偏磁的危害得到抑制或緩解。（2）使用MOSFET管可以在一定程度上抑制偏磁問題。這主要是MOSFET沒有存儲時間，如果門極信號導(dǎo)通時間相同，則漏極導(dǎo)通時間也相同。同時MOSFET通態(tài)電阻具有正的溫度系數(shù)，即溫度升高時，通態(tài)電阻增加。導(dǎo)通電流大(或?qū)〞r間長)的MOSFET管上功耗大，則通態(tài)電阻增大，MOSFET上電壓增大，加在變壓器上的電壓值減少，從而降低V一S值，在一定程度上抑制了偏磁現(xiàn)象的發(fā)生。（3） 在高頻變壓器的原邊串聯(lián)一無極性電容，可以有效地防止直流偏磁。但是電容的存在降低了功率傳遞的效率，影響了裝置的動態(tài)性能。同時，脈沖電壓嚴(yán)重不對稱時電容上壓降有可能超過電源電壓的10%，從而使裝置在電源電壓下降或負(fù)載波動較大時運行不穩(wěn)定。（4）盡量選用特性一致的開關(guān)管。（5） 用電流型控制方案。通過檢測流過器件的電流，并以此來調(diào)整PWM控制器兩路輸出脈沖的寬度，將變壓器勵磁電流控制在一定范圍內(nèi)，來達(dá)到防止偏磁的目的，這是最有效的措施。 電感Lf的設(shè)計 放電模式電感電流連續(xù)工作主要波形，假設(shè)電感L f工作在連續(xù)狀態(tài)。 中，半個周期 T /2內(nèi)，Q5 ～ Q8四個開關(guān)管同時導(dǎo)通的時間為(1 D )T/2，期間，電感L f儲能，電感L f電流Lfi 線性上升。對管Q5 、Q8（或Q6 、Q7）導(dǎo)通的時間為 DT / 2，電感L f傳遞能量，電流Lfi 線性下降。實驗時，電感 L f= 300μH。 功率開關(guān)管的選取當(dāng)前應(yīng)用于開關(guān)電源中的開關(guān)器件，主要是 MOSFET 和 IGBT 兩種，其中MOSFET 的開關(guān)損耗主要是開通損耗，其產(chǎn)生原因是 MOSFET 開通時漏源結(jié)電容未完全放電；而對于 IGBT 的開關(guān)損耗主要為關(guān)斷損耗，產(chǎn)生原因是關(guān)斷時存在電流拖尾現(xiàn)象。所以在某些場合，尤其在低壓大電流的工作場合下，如果不能實現(xiàn)零電流關(guān)斷，則 IGBT 會有較大損耗，所以 IGBT 開關(guān)管不適合做低壓側(cè)開關(guān)管；使用 MOSFET 開關(guān)管，易于實現(xiàn)零電壓關(guān)斷，并且有很好的頻率特性，有利于提高變換器的開關(guān)頻率。所以本試驗進(jìn)行仿真時選用的是MOSFET 開關(guān)管。本章首先介紹變壓器的磁芯選擇和匝數(shù)比的計算，然后給出了如何選擇電感和功率開關(guān)。第四章DC/DC變換器的PSpice仿真第四章：DC/DC變換器的PSpice仿真DC一DC變換器的基本機(jī)構(gòu)可分為Buck充電電路、Boost放電電路。開環(huán)仿真 Buck充電電路簡化仿真圖： Buck充電電路PSpice仿真圖其中，右側(cè)的等效電阻 ：。C=100uh。（a） D=40%時，Buck充電電路仿真波形第四章DC/DC變換器的PSpice仿真（b）D=40%時，控制管M1和M2的觸發(fā)脈沖的占空比波形圖，分別是40%。理論上在充電模式時 V1=150v，n=3，D=40%，此時V2=40v，可是上圖得出的波形略小于40v。這是由于Mosfet開關(guān)管上在導(dǎo)通期間有一定的壓降，所以最后的結(jié)果才略小于40v。這是正常的。（c）觸發(fā)脈沖U1和U2兩端波形和mosfet管M1兩端電壓波形圖當(dāng)觸發(fā)脈沖U1起作用時，mosfe管M1兩端電壓為零，而當(dāng)所有的mosfet管都關(guān)時，mosfet管M1和M2兩個管分別占V1電壓的一半，也就是75v。當(dāng)觸發(fā)脈沖U2起作用時，Mosfet管M1兩端電壓為V1電壓，也就是150v，如上圖所示。（d）變壓器兩端電壓波形圖 N=n1；n2=3 Boost放電電路簡化仿真圖 Boost放電電路PSpice仿真圖其中，右側(cè)的等效電阻 ：。C=100uh。（a）D=60%時，Boost放電電路波形圖 （b）D=60%時，觸發(fā)脈沖U5和Mosfet管M5兩端電壓波形有圖可以看出，當(dāng)Mosfet管M5導(dǎo)通時它的兩端有一定的壓降，所以得出的波形略小于150v。理論上在放電模式時V2=40v，n=3，D=60%，此時V1=150v，可是上圖得出的波形略小于150v。這是由于Mosfet開關(guān)管上在導(dǎo)通期間有一定的壓降，所以最后的結(jié)果才略小于150v。這是正常的。（c）D=60%時，觸發(fā)脈沖UU6的電壓波形和電感Lf兩端的電流波形觀察電感電流，它只有當(dāng)開關(guān)管同時導(dǎo)通時，電感電流在增長，也就是儲能，當(dāng)M5和M8(或者M(jìn)6和M7)單獨導(dǎo)通時，由V2和電感上的電能一起經(jīng)過變壓器給右側(cè)的電阻提供能量，實現(xiàn)升壓功能。（d）D=60%時，變壓器兩端的電壓波形 N=n1：n2=3當(dāng)四個開關(guān)管同時導(dǎo)通時，由于再給電感Lf充電，電感Lf電流上升，所以變壓器兩端電壓為零，符合理論。閉環(huán)仿真 Bcuk 充電模式閉環(huán)仿真 Bcuk 充電模式閉環(huán)仿真（a）D=40% Buck充電電路波形圖（b）Buck電路三角載波和調(diào)制波信號形成的PWM波占空比為40%.當(dāng)調(diào)節(jié)PI調(diào)節(jié)器和比較器時，三角載波和調(diào)制波信號形成的PWM波占空比為40%.D=40%時,V1=150v, 根據(jù)公式： ，得出V2=40v。結(jié)果正確。 Boost放電模式閉環(huán)仿真 Boost放電模式閉環(huán)仿真圖（a）D=60% Boost放電電路波形圖（b）Boost電路三角載波和調(diào)制波信號形成的PWM波占空比為60%.當(dāng)調(diào)節(jié)PI調(diào)節(jié)器和比較器時，三角載波和調(diào)制波信號形成的PWM波占空比為60%. 當(dāng) D=60%,V2=40v時, 根據(jù)公式，,得出V1=150,結(jié)果正確。 本章小結(jié)本章利用PSpice分別對Buck充電模式和Boost放電模式做了開環(huán)和閉環(huán)仿真，對各個階段進(jìn)行了分析，得出結(jié)果了理論一致。34結(jié)論結(jié)論本文以雙向全橋 DC/DC 變換器為研究對象。從雙向 DC/DC 變換器的基本概念入手，介紹了雙向 DC/DC 變換器的構(gòu)成方法和分類，進(jìn)而引出本文要研究的對象：電壓電流組合型隔離型雙向全橋 DC/DC 變換器。（1） 分析雙向全橋 DC/DC 變換器的工作原理，并針對變換器Buck充電模式和Boost放電模式分別分析了工作原理。充電模式時變換器工作原理類似單向全橋直流變換器，高壓側(cè)開關(guān)管采用PWM控制，低壓側(cè)開關(guān)管驅(qū)動信號封鎖，輸出用低壓側(cè)開關(guān)管的反并聯(lián)二極管實現(xiàn)輸出全橋整流。放電模式時變換器工作原理類似 Boost 全橋變換器，低壓側(cè)開關(guān)管有驅(qū)動信號，高壓側(cè)開關(guān)管驅(qū)動信號封鎖，輸出用高壓側(cè)開關(guān)管的反并聯(lián)二極管實現(xiàn)全橋整流。因此變換器是全橋逆變?nèi)珮蛘魇诫妷弘娏鹘M合型雙向全橋 DC/DC 變換器。（2）利用仿真軟件PSpice對電路進(jìn)行了開環(huán)和閉環(huán)仿真。通過對高壓側(cè)四個Mosfet管的驅(qū)動，實現(xiàn)了降壓功能，通過對低壓側(cè)四個Mosfet管的驅(qū)動，實現(xiàn)了升壓功能，得出的結(jié)果略小于理論值，是由于Mosfet管有一定的壓降。最后通過閉環(huán)控制，使得出結(jié)果和理論值一樣。總的來說，本課題達(dá)到了一定的目標(biāo)，取得了一定的理想結(jié)果，可由于本身學(xué)的知識有限，對整體電路的綜合控制和電路優(yōu)化沒有做得很好，這些工作還有進(jìn)一步完善。38參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)[1] 張方華. 朱成花. 王慧貞 等 雙向 DCDC 變換器電路拓?fù)涞姆治雠c評價 電源技術(shù)學(xué)報 , , 2003，332338；[2] 朱成花. 張方華. 嚴(yán)仰光 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Research on the Analysis and Control Strategy of Ultracapacitor DC Storage Energy System University of Chinese Academy of Sciences(NSTITUTE OF ELECTRICAL ENGINEERING),2006.40致謝致謝在本論文完成之際，首先，我謹(jǐn)以最誠摯的敬意感謝我的導(dǎo)師***老師在我完成畢業(yè)設(shè)計過程中給予我的悉心指導(dǎo)和熱情鼓勵。從開題到論文完稿期間趙老師對我的