高壓大功率高頻DC-DC變換器研究.pdf

1、城軌輔助逆變器是城軌電氣化裝備的核心組成部分，針對城軌輔助逆變器的性能優(yōu)化研究是城市軌道交通電氣化裝備領域相關研究的重點。近年來，城軌輔助逆變器的高頻化技術逐步成為了輔助逆變器相關研究的核心議題。目前，高壓大功率電力電子裝置的高頻化技術主要包括模塊化集成技術和軟開關技術。其中，軟開關技術由于其在開關電源領域的卓越表現(xiàn)獲得了越來越多的關注。軟開關技術從根本上克服了硬開關方式具有巨大的開關損耗這一固有缺陷，從這一點來說，它在高壓大功率電力電

2、子裝備制造領域也應當能發(fā)揮其高效的性能。本文對城軌輔助逆變器的前級——DC-DC環(huán)節(jié)進行了軟開關技術的適用性分析，設計了適用于高壓大功率DC/DC變換器的軟開關系統(tǒng)。對其穩(wěn)定性進行了數(shù)學分析，并對其可行性進行了仿真和實驗驗證。
　　首先，本文研究了目前幾種典型的軟開關技術——移相全橋ZVZCS技術、移相全橋ZCS技術、ZCS準諧振技術以及ZCS PWM技術，并對這幾種典型軟開關技術進行了分析和比對，得出ZCS PWM準諧振變換器是

3、最適用于本設計的一種軟開關技術。
　　然后，本文對于ZCS PWM準諧振技術進行了進一步的研究，對于該型變換器的軟開關過程進行了詳細分析;基于工程應用的現(xiàn)實需求，給出了相應的拓撲改進策略;接著，本文對其軟開關負載范圍和系統(tǒng)參數(shù)之間的關系進行了數(shù)學定義，基于此得到了一種該型軟開關系統(tǒng)的參數(shù)整定方法，給出了諧振電容和輔助開關管導通時間的取值過程。并結合列車和實驗需要進行了主拓撲的參數(shù)選型，包括隔離變壓器設計、濾波器設計等。
　　

4、接著，本文基于狀態(tài)空間平均法，給出了變換器系統(tǒng)在時域下的數(shù)學模型?；诶钛牌罩Z夫第一方法給出了系統(tǒng)的穩(wěn)定性邊界，對系統(tǒng)的穩(wěn)定性進行了驗證。
　　最后，本文搭建了容量為32kW，開關頻率為8kHz的實驗樣機，對本文所述的ZCS PWM準諧振變換器進行了功能驗證以及高壓大功率工況的可行性驗證。經過波形測量和溫度考核，證明該樣機在規(guī)定的負載范圍內均能實現(xiàn)軟開關，溫升情況在可控和可以接受的范圍內。證明了本文所述的ZCS PWM準諧振軟開關