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双向DC-DC变换器可以根据需要进行能量的双向传输,很适合用于UPS中用来替代UPS中的传统DC-DC变换器和充电器,将UPS中的DC-DC变换器和充电器合二为一,既可以降低UPS的成本,又可以减小UPS的体积和重量。小功率高频在线式UPS是性价比较高的一种UPS类型,应用广泛,本文主要研究双向DC-DC变换器在小功率高频在线式UPS中的应用。 本文通过对小功率高频在线式UPS的分析以及对双向DC-DC现状的分析,选择移相式全桥双向DC-DC变换器作为研究对象。文中详细分析了变换器的工作模态,通过变换器工作模态的电流流向分析出变换器实现软开关的条件,通过状态空间平均法建立了变换器的数学模型,并进行了控制器的设计和系统仿真。仿真结果表明数学模型的建立、软开关的条件以及控制器的设计都是正确的、合理的。 由于移相式全桥DC-DC变换器的串连电感的平均电流为0,如果选取电感电流作为状态变量,则难以推导出电感电流的对象模型。本文提出了一种新颖的小信号建模方式,小信号模型推导时选取输出电流作为状态变量,从而推导出经典的电流、电压双环控制模型。实际采样时采样电感电流,通过电感电流与输出电流的对应关系得出输出电流,这样可以在双向DC-DC的双向变换时都采样电感电流,减少了电流的采样点,降低了电流采样的难度和成本。 磁性元件是移相式全桥双向DC-DC变换器的关键器件,本文详细介绍了变压器和电感的设计,本文介绍的变压器和电感的设计过程大致相同,多采用理论分析和推导,减少假设和经验,并考虑了实际工程应用,设计方法和过程适合于所有类似的磁性元件,容易衍生和推广。 本文进行了原型机的设计和调试,实验结果表明双向DC-DC变换器可以替代UPS中传统的DC-DC变换器和充电器,也证明了双向DC-DC变换器的数学模型以及控制器的设计是正确的。