【摘 要】
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随着全球工业化进程不断加强,目前一些大型电力电子系统如微电网、电动汽车、的输出功率不断升高,已由k W级别提升到MW级别。提高电力电子系统的母线电压是减小高输出功率系统损耗,保证其经济性与安全性的最好做法。目前大型电力电子系统的直流母线已由400 V提高至700 V-900 V,这离不开Si C MOSFET模块的大力发展与三电平Boost变换器电路结构的更迭创新。为了同时满足高输出电压与高输出功
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随着全球工业化进程不断加强,目前一些大型电力电子系统如微电网、电动汽车、的输出功率不断升高,已由k W级别提升到MW级别。提高电力电子系统的母线电压是减小高输出功率系统损耗,保证其经济性与安全性的最好做法。目前大型电力电子系统的直流母线已由400 V提高至700 V-900 V,这离不开Si C MOSFET模块的大力发展与三电平Boost变换器电路结构的更迭创新。为了同时满足高输出电压与高输出功率的应用场合,并将变换器的功率密度尽可能提高,本文对含耦合电感的三电平交错并联Boost变换器其进行了状态空间建模与控制系统的研究。本文首先分析了含紧密耦合电感的三电平交错并联Boost变换器的电路拓扑结构,并详细分析了其在两相交错控制下的12个工作状态,建立了每个状态的工作模型。此两相交错控制方法以Si C功率开关器件在每个周期的不完全导通换取流经耦合电感总电流频率的极大提高,使得电路中耦合电感的取值最小化。其次本文基于一些电路的基本假设,提出了简化的建模方法,对三电平交错并联Boost变换器的状态空间模型进行化简,得到小信号模型与输出电压输入电流对占空比的传递函数,并用时域仿真与频域仿真结合的方式对传递函数进行了验证。接下来本文基于零极点消除法与Bode图分析法对三电平Boost变换器进行的电压外环电流内环PI控制器参数的设计,先设计电流内环后设计电流外环,并基于PLECS平台对双闭环参数进行仿真验证。最后本文搭建了三电平Boost变换器的样机,对简化建模方法得到的传递函数结果与双闭环PI参数结果的有效性进行了开环实验与闭环实验验证。本文对含耦合电感的三电平交错并联Boost变换器进行了建模以及控制系统方面的研究,此变换器可以适用在高输出电压、高输出功率以及高功率密度场合,其简化建模方法能减少繁琐的状态空间推导计算过程,双环PI控制系统能保证其稳定运行。本文的研究结果为更高输出功率的应用提供了研究基础。
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