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1、开题报告一背景直流变换器是一种将模拟量转变为数字量的半导体元件。按功能 可分为：升压变换器、降压变换器和升降压变换器。在燃料电池汽车 中主要采用升压变换器。变换器首先通过电力电子器件将直流电源转 变成交流电(AC), 一般称作逆变，然后通过变压器(升压比为1 : n)升 压,最后通过整流、滤波电路产生变压后的直流电，以供负载使用.直流转换器与一般的变换器相比，具有抗干扰能力强、可靠性高、 输出功率大、品种齐全等特点，用途广泛，输入输出完全隔离，输出 多路不限，极性任选。宽范围输入变换器是专为满足输入电压变化范 围较大场合需要而开发的一种直流稳压电源，其输入直流电压可以在 DC100V-375范
2、围内变动而保证输出电压的稳定性.此外，这种电源 体积小,重量轻、保护功能完善，具有良好的电磁兼容性。本身具有过 流、过热、短路保护。多档输出的变换器，它不仅提供电源而且有振 铃和报警功能。该变换器分为军用、工业及商业三个品级，在诸如通 信机房、舰船等蓄电池供电的场合极为适用。直流一直流变换器 (DC/DC Converter)早在10年前就做成了元器件式样，在系统中损坏 时可以卸下更换。目前，它正从低技术、元器件型转向高技术、插件 (Building black)型发展。系统设计师在开始方案设计阶段就要考虑 系统究竟需要什么样的电源输入、输出？DC/DC变换器作为子系统的 一个部件,应该更仔细
3、地规定它的指标以及要付出多少费用。有趣的 是,全球声称可供给军用DC/DC变换器的厂家超过300家,但却没有两 种产品是相同的，这给系统设计师选用该产品时造成困难。设计师们 考虑的最重要的事是：对产品的性能价格比进行综合平衡，决定取舍。 需求和市场决定制造厂的发展战略目前，对制造厂家而言，面临着要 求降低噪声、减小尺寸以及提高功率和效率的挑战和市场竞争。现扼 要介绍几家公司的做法。当今,在任何一个计算机系统中，各种电源都 是以插件形式出现的。供应厂商均按用户的要求作相应改动以适应需 求。DC/DC直流变换器的军品市场占很大比重，但增长缓慢。分析家 们预测:到1996年 ,DC/DC变换器最大市
4、场将是计算机和通信领域。美国InterPoint公司的研究开发战略是：针对军用及宇航系统 应用,提供一种更便宜、功率更大、性能更好的产品，它们比现有DC/DC 变换器有全面改进。预计今后几年的实际问题仍是产品价格。 采用模 块化方法可以降低成本，同时提高DC/DC变换器输出功率。一些应用 系统要求功率高达2KW如果采用200W勺产品去构建系统，至少要10 12个产品,既麻烦也影响系统可靠性。该公司认为必须研制出功率比 200W大23倍的大功率电源，而且单件成本控制在1.31.7倍才合 适。模块化方法，可以通过消除非重复工程成本(NRE)使系统成本降 低。这种模块化的器件也是分布式供电系统的基本
5、构件。鉴于分布式供电比集中供电系统有更多优点，而绝大多数应用系统要求在母线级 上直流电压要分别供给不同逻辑电路各种电压，例如+5V、+12V +3.3V等等。一些厂家利用板级(on-Card)DC/DC变换器来实现，另一些供应 商则把几种输出合在一起，把电源放在靠近需要供电的电路板上。Arnold Magnetics公司供应多档输出的直流变换器，它不仅提供电源而且有振铃和报警功能。为了占领市场，产品随着性能提咼，其价 格也应最低。各家公司，在维持性能不变时，尽量设法降低生产、销售 成本。由于经济原因，电力生产、输送和都采用三相系统。在三相系 统允许更高的功率密度，使用更少的器件和更高的效率比等
6、效单相系 统好。此外，由于相位的差异，三相系统目前在时间常数平均功率。 同样的优势鼓励使用的三相整流器和逆变器。许多工业应用程序需要 大功率直流-直流转换。这些应用程序包括分布式发电、 不间断电源、 和运输。传统的孤立的直流-直流转换器使用单相变压器，它通常是大 而重,单相整流器。针对受益于三相系统的优势，一些工作已经完成使 用直流-直流转换器，使用三相高频变压器和三相整流器。这些变化可 以减小体积、重量、和整个系统的成本。三相直流 -直流转换器提出 了良好的性能，当高频隔离是理想的。降低滤波器高的组件面临压 力近年来，已经完成并应用三相直流-直流转换为燃料电池能源处理 7卜10和电池在汽车设
7、备11应用。它体现了潜在的优势。二研究现状姚伟，郑步生，洪峰在车载双管正激直流变换器的设计研究 了一种适用于电动汽车的高效率双管正激直流变换器，在提出一种设计方案的基础上，重点对其控制电路，反馈回路、启动电路和变压器 的关键参数等进行了详细分析设计。其中控制电路使用SG352芯片，采用二型补偿对控制电路进行补偿。实验测试结果表明该变换器输出 稳定，有较高的转换效率。丁小满，张从旺电力机车直流变换器的设计从直流变换器的 热设计、工艺设计及安全性设计方面对直流变换器产品的设计进行阐 述。目前，按照以上设计思路研制的变换器已经通过试验验证，技术 参数完全满足要求。在电磁兼容试验，振动、冲击试验，高温
8、、低温 试验中，技术参数完全满足要求。项目成果在电力机车、8轴车及国产化列车中得到成功运用。李云，张小勇，刘福鑫，阮波机车车辆充电机用移相全桥ZVSPWM 变换器的设计。文章介绍了一种机车车辆充电机的核心部件 加 箝位二极管的零电压开关PWM倍流整流全桥变换器。该变换器的优点 是可以利用输出滤波电感和谐振电感在宽负载范围内实现开关管的 零电压开关，利用箝位二极管可以有效消除二次侧整流管上的电压尖 峰和振荡，同时采用倍流整流技术可优化变压器和输出滤波电感的设 计。梁詰，欧阳名三在基于SG352矿用直流变换器控制电路的设计 对传统模式进行改进使直流变换器具有自启动功能，利用软启动引脚设计了欠电压和
9、过电流保护。并对电压调节器进行了设计，减小了直 流变换器输出电压纹波。李艳、阮新波、杨东升、刘福鑫在双输入直流变换器的建模与 闭环系统设计中因为采用两个甚至多个输入源的新能源联合供电 系统中，用单个多输入直流变换器代替原有的多个单输入直流变换 器，可以简化电路结构，降低系统成本。将以双输入 Buck变换器为 例，进行系统建模以及闭环调节器的设计， 使得该系统稳态和动态能指标达到要求桂存兵，谢运祥，谢涛，陈江辉推挽DC-DC变换器平均电流控 制研究中提出怎样提高推挽变换器的电流稳定性和系统可靠性，通过分析了 DC/DC推挽变换器的工作原理，在此础上建立了小信号数学 模型。并施以电流型双环控制策略
10、，有效的提高系统的动态响应和保 护能力。给出了推挽变换器的控制系统的设计过程， 并进行了仿真和 实验研究，结果表明针对推挽变换器，双环控制策略具有良好动态和 静态控制性能。胡晓清，尚修香在 一种适用于电动汽车的ZVS全桥变换器研 究研究了一种适用于电动汽车的集成寄生元件的 ZVS变换器，利用 变压器的寄生电感和晶体管的输出电容可实现变换器的 ZVS功能，使 变换器具备经济、紧凑的特点。通过分析电路的工作原理、寄生量的 计算和ZVS参数的优化，对变换器的设计进行系统研究.姚建红，张艳红，刘继承一种新型全桥移相 PWM零电压零电流 变换器，为了实现全桥软开关变换器能在很宽的负载变化范围内实 现零电
11、压零电流变换，提出了一种改进的电路拓扑结构， 设计了一种 新型的全桥移相脉宽调制零电压零电流变换器，该电路中，超前桥臂前面增加了一个辅助电路，使其超前桥臂能在轻载的情况下很好地实 现零电压变换；在高频变压器的副边采用无源钳位电路， 使其滞后桥 臂能在满载的情况下很容易地实现零电流变换；此外，在辅助电路中的电容与变换器的输出滤波电容之间用一个钳位二极管连接，限制了变压器的二次侧电压。在一篇外文中A Three-Phase Current-Fed Push - PullDC - DCConverter提出了一种新的三相推挽直流-直流转换器是提议。这个 转换器使用高频三相变压器提供电隔离在电源和负载
12、。这三个活转换器件连接到相同的地方，从而简化了变换器的电路。通过一个电感和 一个电容器减少输入电流纹波和输出电压波纹，其数量小于等效单相 拓扑。三相直流-直流转换也有助于在能耗损失的减少，允许使用低成 本开关。这些特点使这个转换器适合应用在低压电源的使用和相关的 电流很高，比如在燃料电池、光伏阵列、蓄电池。理论分析，一个简化 的设计实例，实验结果为1千瓦样机将提交了两个操作区域。原型是专 为一个40 kHz开关频率，输入电压为120 V,输出电压400 V。指数达到 了直流-直流功率转换、高频变压器、多相、波纹要求。袁义生，伍群芳ZVS三管推挽直流变换器中提出一种采用3个 开关管的推挽式(th
13、ree-transistorsPush-Pull，TTPP变换器，仅需要在传统推挽变换器的输入电源和变压器两个原边绕组中点间插入 一个辅助开关管Q3两个主管驱动信号ugs1和ugs2与传统推挽变换 器中开关管的驱动信号相反；除去死区时间，辅管驱动信号ugs3是两个主管驱动信号ugs1和ugs2的与非关系。用等效电路的方法结合 解析方程，分析电路各个工作模态的工作原理和主要开关波形。指出主管可在宽负载范围下实现零电压开通 (zerooltageswitchi ngZVS)， 且主管关断电流是传统推挽电路中的一半值。辅管在大负载或加大漏 感情况下可以实现ZVST通，辅管的额定电压是主管的一半，等于
14、输 入电压。讨论软开关的实现问题。提出控制芯片及其驱动电路的设方 法，完成一台800 W开关频率为83.3 kHz的原理样机，实验结果 验证了该变换器工作原理的有效性。袁义生，龚昌一种高效逆变电源及绿色工作模式的研究为针 对车载逆变电源输入侧低压大电流的特点，提出一种前级为并联LC谐振式推挽直流变换电路的高效率逆变电源结构， 详细阐述了整个电 源的工作原理。提出一种绿色工作模式，即通过在空载状态下前级推 挽电路间歇式工作来控制中间直流母线电压在允许范围内波动，达到降低逆变器空载损耗的目的。最终设计制作了一台 AC220V输出，额 定功率1 kW的逆变器，测试其额定效率大于90%绿色模式下损耗仅
15、 为 10.89 W。吴红飞，夏炎冰，邢岩适用于高压宽范围输入的交错串并联正 激变换器面向中高压-宽电压范围输入、高可靠性中大功率变换应 用，提出一种交错串并联正激变换器。 变换器由两个低压桥臂和一个 高压桥臂构成，3个桥臂形成两个正激单元。其中，低压桥臂开关器 件电压应力为输入电压的一半，高压桥臂的电压应力等于输入电压。 该变换器继承了双管正激变换器可靠性高、电压应力低、效率高的优 点，同时开关管的最大占空比可以达到0.67，是传统双管正激变换器 最大占空比的1.33倍，因此可以适应高压、宽输入范围场合的应用； 开关管占空比小于0.5时，高压桥臂开关管可以实现软开关， 面向中 高压-宽电压范
16、围输入、高可靠性中大功率变换应用，提出一种交错 串并联正激变换器。变换器由两个低压桥臂和一个高压桥臂构成，3个桥臂形成两个正激单元。其中，低压桥臂开关器件电压应力为输入电压的一半，高压桥臂的电压应力等于输入电压。该变换器继承了双管正激变换器可靠性高、电压应力低、效率高的优点，同时开关管的 最大占空比可以达到0.67，是传统双管正激变换器最大占空比的1.33 倍，因此可以适应高压、宽输入范围场合的应用；开关管占空比小于 0.5时，高压桥臂开关管可以实现软开关，工作过程先做如下假设：1)各功率MOSFET和二极管为理想器件，导通压降为零；2)3个电容C1、C2和C3值都等于C;变压器漏感Lleak-1Lleak-2Lleak ;在死区时间内，滤波电感电流值i Lf不变。电路的一个开关 周期分为8个阶段，主要
