论文部分内容阅读
事物发展,瞬息万变。非再生能源即将消耗殆尽,可再生能源的迅速发展。目前遇到的主要问题是,用清洁能源发出的电能输出电压幅值低且输出电压范围大,不适合将其直接并入电网系统。非再生能源发电与清洁能源发电不同,前者可直接与电网系统连接,将发出的电能并入电网,但新能源发电系统输出的电压必须通过具有足够高电压增益的升压转换器进行电压等级转换,再经过逆变进行并网。因此,再生能源发电系统如何将较低电压等级转换为较高电压等级成为新能源发电并网技术的重要研究方向。本文结合准Z源网络提出了一种新型耦合电感交错并联Boost变换器。该新型变换器在占空比D极小的情况下能实现高电压增益,新型转换器通过耦合电感和交错并联技术,还具有低输入纹波电流,开关管上的电压、电流应力小等优点,使用反向耦合辅助电感和辅助电容克服了非同步整流状态下二极管反向恢复损耗问题。同时,在同步整流状态下,辅助电路使得所有开关管工作于软开管状态。该新型转换器各相电流可实现均流。本文对新型耦合电感交错并联Boost变换器的工作模态进行分析,首先阐述了从基本Boost变换器到新型耦合电感交错并联Boost变换器的衍生。详细分析电流连续状态下转化器内部电压、电流关系,主要工作参数及波形。通过伏秒平衡原理及安秒原则得出转换器输入、输出电压与占空比的关系。其次,使用状态平均数学建模方法建立新型耦合电感交错并联Boost变换器的小信号模型,进而推导出各部分传递函数,利用传递函数的bode图,分析和设计PID补偿网络。在确定了闭环PID反馈网络后对其进行稳定性分析,得到变换器各个器件电压应力的关系式。分析表明,本文所研究的新型耦合电感交错并联Boost变换器在小占空比下能实现更高的电压增益,开关管的应力小,并且开关管工作于软开通和软关断状态,使得效率大大提高。本文通过对新型耦合电感交错并联Boost变换器的理论分析,设计和选择合适的器件及参数,运用PSIM和TINA高精度实验模拟平台进行电路仿真,通过各部分的仿真波形,验证新型耦合电感交错并联Boost变换器理论分析的准确性和可行性。随后进行了硬件电路设计和PCB设计,搭建了基于TMS32F28027为主控芯片的数字化实验平台完成采样、电压闭环、生成PWM波等功能,运用Matlab设计数字化实验平台上位机,通过上位机进行DSP数据传输、交换及控制。最终完成一台300W的小型样机进行实验验证。最终通过对新型耦合电感交错并联Boost变换器的仿真和实验结果分析,验证了新型变换器理论分析的正确性和可适用性。