基于耦合电感的多相交错并联双向DC/DC变换器及其控制

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随着新能源技术的兴起以及现代电网的不断发展,交错并联双向DC/DC变换器(Interleaved Bidirectional DC/DC converter,IBDC)扮演着越来越重要的角色,被广泛应用于燃料电池、混合动力汽车、光伏并网以及风力发电等领域。为了同时提高系统的稳态和暂态性能以及减少电路中磁性元件的体积,又在IBDC中引入了磁集成以及反向稱合技术。因此研究基于耦合电感(Coupled Inductor,CI)的多相IBDC,有着十分重要的意义。随着相数的增加,集成的单磁芯CI可能会出现参数不对称、制造成本高、直流磁通大等问题。为了解决这些问题,本文提出并分析了两种基于CI的四相IBDC,采用四个双绕组CI代替单磁芯CI。本文详细研究了所提变换器的稳态和暂态性能,比较了两种拓扑各自的优势,并且通过理论分析验证了所提拓扑的优越性。为了减少开关管的开关损耗、提高变换器的效率,将软开关技术应用于所提变换器中。在完全不改变变换器硬件的情况下,通过合理的控制相电流峰值大小以及死区时间等,使变换器实现了 ZVS,对其ZVS的实现条件进行了定量分析。由于四相IBDC在运行过程中,因其相间电路寄生参数不同,可能会使变换器的某一相电流过大,致使相间电流分配不均,进而影响变换器的安全可靠运行。为此,本文提出了一种基于相电流解耦的均流控制方法来解决这个问题。对所提拓扑进行电压/电流双闭环设计,给出了闭环控制器参数的具体设计过程。通过仿真软件PSIM和MATLAB进行仿真,初步验证了所提变换器拓扑理论分析和控制策略的正确性。最后,搭建了以DSP28335为控制核心的基于CI的四相IBDC实验样机,进行了相应的硬件设计和DSP软件编程,通过实验进一步验证了所提拓扑的优势、软开关实现和闭环均流控制策略的有效性、可靠性和实用性。
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