【摘 要】
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在新能源电动汽车和直流微电网场合,双有源桥式变换器（Dual Active Bridge,DAB）以其器件数量少、电气隔离、易于实现软开关和能量双向流动等优势得到广泛使用。但由于电池或者超级电容器的电压在宽范围内变化,导致DAB变换器ZVS范围变窄、电流应力增加;同时在死区时间内会引起电压极性反转和电压跌落现象。针对DAB变换器在宽范围输入电压下存在的上述问题,本文提出一种集成的四开关Buck-B
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在新能源电动汽车和直流微电网场合,双有源桥式变换器（Dual Active Bridge,DAB）以其器件数量少、电气隔离、易于实现软开关和能量双向流动等优势得到广泛使用。但由于电池或者超级电容器的电压在宽范围内变化,导致DAB变换器ZVS范围变窄、电流应力增加;同时在死区时间内会引起电压极性反转和电压跌落现象。针对DAB变换器在宽范围输入电压下存在的上述问题,本文提出一种集成的四开关Buck-Boost+DAB级联变换器。级联变换器由前级FSBB变换器和后级DAB变换器组成,通过桥臂复用减少了开关管数量,并在此基础上提出双沿PWM+单移相控制策略。由于前级FSBB变换器将宽范围输入电压转换成恒定电压作为后级DAB变换器输入,后级DAB变换器可以消除死区效应的影响。本文首先分析了FSBB变换器和DAB变换器的控制策略,然后介绍了级联变换器正向和反向阶段的四种工作模式,并选取正向阶段升压工作模式下的十种工作模态进行了详细阐述。之后分析了前级FSBB变换器对后级DAB变换器死区效应的影响。接着分析了复用桥臂和后级DAB变换器其他桥臂的ZVS范围;由于中间电压影响前级变换器的电感电流脉动量,对中间电压进行了优化设计。为提升后级DAB变换器在轻载下的效率,提出一种两模式切换策略:当负载功率超过设定的阈值时,保持后级DAB变换器的电压传输比为1,当负载功率低于设定的阈值时,保持后级DAB变换器的电压传输比略大于1。最后,通过Saber和Matlab联合仿真验证级联变换器的工作模态和控制策略的可行性,并搭建了一台175V～320V输入,输出电压24V/21A的实验平台;实验结果证明提出的级联变换器能够解决传统DAB变换器在宽范围输入电压下存在的问题,并具有器件数量少和高效率的优点。
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