具有ZVS的DCDC升压变换器分析与设计.doc

摘 要 随着当今社会主要能源的日益枯竭，太阳能光伏发电越来越受到重视。其良好的优越性对于经济生态环境和社会稳定发展有着重要意义。随着电力电子技术高频化的发展趋势，升压DC-DC变换器在两极式光伏发电系统中的应用得到了不断的发展和完善。 对比几种基本的升压变换器发现，正激升压变换器更为可靠。同时针对传统的正激变换器的典型缺陷，对其进行了拓扑改进，加入“交错并联”和LCD缓冲网络两种特殊结构，并运用新型移相控制技术，提出了具有缓冲电路的ZVS交错并联双管正激升压变换器。 本文首先对其结构中的LCD无损缓冲网络光伏发电；升压变换器零电压；LCD缓冲网络；移相控制 Keywords: photovoltaic power generation, zero-voltage-switch, LCD snubber network, phase-shifting, boost converter 目 录 摘 要 I Abstract II 第1章 绪 论 1 1.1课题来源及研究的目的和意义 1 1.2双管正激变换器国内外研究现状 3 1.3主要研究内容与方案 5 1.3.1改进型交错并联双管正激升压变换器主拓扑结构的确定 5 1.3.2具有ZVS升压变换器主电路PSpice仿真验证 6 1.3.3具有ZVS升压变换器总体结构设计 6 1.3.4制作实验样机并完成相关功能验证 7 第2章 具有ZVS升压变换器工作原理 8 2.1主拓扑结构的确定 8 2.2工作模态分析 9 2.3本章小结 22 第3章 具有ZVS升压变换器硬件电路的设计 23 3.1实验样机整体系统设计 23 3.2辅助电路的设计 23 3.2.1驱动电路的设计 23 3.2.2保护电路的设计 24 3.2.3保护执行回路设计 25 3.3主电路的设计 26 3.3.1高频变压器的设计 26 3.3.2功率开关管及二极管的选择 28 3.3.3其它元件的选取 29 3.4控制电路设计 29 3.5闭环控制设计 29 3.6本章小结 30 第4章 软件仿真与参数校正 32 4.1驱动信号模拟 32 4.2主电路参数选定 32 4.2.1变压器变比设定 32 4.2.2功率开关管及二极管参数设定 32 4.3主电路仿真 32 4.3.1额定负载下的仿真波形 33 4.3.2 ZVS的在变换器中的实现 38 4.4本章小结 39 第5章 硬件制作与调试 40 5.1实验样机的搭建 40 5.2 实验波形分析 41 5.3软开关的实现 42 5.4变换器性能指标测试 42 5.4.1电压调整率测试 42 5.4.2输出电压纹波测试 42 5.4.3负载调整率测试 43 5.4.4效率测试 43 5.5本章小结 44 结 论 45 参考文献 47 致 谢 49 第1章 绪 论 1.1课题来源及研究的目的和意义 随着人类社会中煤、石油、天然气等主要能源的急剧消耗，人们越来越重视太阳能、风能等绿色能源的开发和利用。20世纪90年代，这些绿色可再生能源就已经在世界能源电力市场初露头角了。 作为一种新能源技术，太阳能光伏发电扮演着绿色可再生能源中举足轻重的角色，很有发展前景。由于它不用铺设复杂的电力网络，也无需特定的地理条件，因而被公认是目前世界上最有前途的新能源技术之一，尤其在偏远地区、沿海岛屿等地域更能大显神威。对贫困或者资源匮乏地区的经济发展、环境保护和社会和谐有十分重要的作用[1]。 按照与电力系统的关系，光伏（太阳能）发电系统分为两种：并网式光伏（太阳能）发电系统和独立式光伏（太阳能）发电系统。对于并网式光伏发电系统，根据系统结构的不同又可以分为两类：单级式、两级式。前者没有DC-DC环节，直接通过工频变压器与电网的连接实现逆变并网；而两级式光伏发电系统则由直流-直流升压环节和直流-交流逆变环节构成。并网逆变器需要200V~700V的直流输入电压，而普通的光伏单体电池的电压等级较低。为了得到较高的输入电压，不得不把单级式并网发电系统中的多个单体电池串联，但是这样做的缺点显而易见，一旦某单元的电池失效，就会导致整个电池组瘫痪，并且由于环境、气候等因素，输入电压的波动也会影响单级式并网逆变器的性能。单级式的发电结构还存在其他局限：无法实现输入输出间的隔离，无法获得较高的输入输出间的电压比和电流比，只能单路输出。上述单级结构的缺陷严重限制了光伏发电系统的发展。然而，高频化的电力电子技术正在飞速前进，升压DC-DC变换器也随之不断完善，因此两级式光伏发电系统在众多学者的关注下成为了新的研究热点[2-4]。 图1-1　两级式光伏发电系统示意图 在图1-1所示的两级式光伏发电系统中，第一级直流升压变换器的性能将直接影响后一级逆变器的并网质量，因此能否实现DC-DC升压环节的高