热门搜索:大学毕业论文 硕士毕业论文 博士毕业论文 硕士英语论文 硕士mba论文 无忧论文网

当前位置:无忧论文网 > 职称论文 > 硕士工程硕士论文 >

寄生参数引发的DC-DC变换器潜在电路工程机理及特性研究

  • 发布日期:2018-07-13
  • 责任编辑:lgg
  • 论文字数:0
  • 点击:
  • 论文编号:
  • 论文类型:
  • 论文价格:0
本文是一篇硕士工程论文,工程硕士论文主要是对作者撰写的工程论文推荐发表,论文专业范围包含土木,电力,电气,通信工程,软件工程,林业工程,电子信息工程,化工工程, 控制工程,工业工程, 系统工程, 水利工程,工程师职称,公路工程, 建筑工程,土木工程,等专业。推荐的刊物包含EI检索会议论文集、CSSCI来源期刊、北大核心、国家级、省级刊物。均为正规合法正刊。(以上内容来自百度百科)今天为大家推荐一篇硕士工程论文,供大家参考。
 
第一章 绪 论
 
1.1 引言
潜在电路(Sneak Circuit)的概念最早是由美国波音公司和美国国家航空航天局于20 世纪 60 年代提出,是指电子电路系统中的一种潜藏状态通路或者逻辑流,在特定的条件下,会导致电路系统出现非预期的功能或者抑制系统原有的功能[1-3]。这些通路通常由硬件、软件、逻辑通路或者这些元素的组合组成。潜在电路的产生原因不是元件、设备或者系统故障。它是设计者为满足某些功能要求,无意识引入到系统设计中的一种潜在运行状态。潜在电路隐藏在系统正常工作状态下,仅当相应的激励条件被满足时才会出现,并影响电路运行特性。因此,潜在电路的研究与故障诊断不同[4,5],它着重于识别系统中的潜在电路,对其进行特性分析,并不是以识别硬件故障为基础的。潜在电路具有潜伏时间长,难于发现,一旦发生会对系统安全性和可靠性构成巨大威胁[4-9],但易于排除的特点。基于以上原因,潜在电路分析推广至了各个重要领域。目前,主要涉及军事、航空航天和关键的民用系统,同时,在同是复杂的电气电子系统的电力电子系统中也有相关的研究。开展电气电子系统中的潜在电路研究具有重大的意义。早在 2005 年,文献[10]在一类具有零电流开关特性的谐振开关电容变换器中首次发现了电力电子变换器的潜在电路现象。并且发现这一现象是在特定的电路运行条件下产生,与电路的参数密切相关,会对系统造成不可忽略的影响。此后的十几年中,电力电子系统中的潜在电路现象及其分析方法的研究层出不穷[3,11-20]。电力电子变换器中潜在电路的出现打破了电力电子变换器在控制策略不变的情况下,变换器的工作状态不变的定论[21]。这与通常认为的变换器特性与控制策略有关相矛盾,亦与软开关技术中由电路拓扑决定谐振开关的工作模式不同,它仅在变换器参数满足特定条件时发生,由设计者无意识设计到变换器中的不可预测的工作模态和非线性特性引起,一旦发生,对系统的安全可靠性造成不可忽略的、严重的影响。上述论文较详细的分析了电力电子变换器中存在的潜在电路现象,并提出了适用于电力电子系统的潜在电路分析方法。但其研究对象均为理想的电力电子电路。
..........
 
1.2 电力电子系统中的潜在电路现象及其研究现状
 
1.2.1 电力电子系统中的潜在电路的发现
近年来,随着电力电子技术应用范围的日趋扩大,电力电子系统的功能日益强大,设计规模不断增大,使系统的复杂度与人的认知度之间的矛盾愈来愈突出。复杂电力电子电路中可能存在着大量的、在设计时未被设计者所知的电路路径或状态,其发生时将对电路特性造成极大的影响。2005 年,文献[10]在研究降压谐振开关电容变换器的过程中,首次发现基本降压式谐振开关电容变换器当中存在潜在电路现象。该文在研究 1-1(a)图所示降压式谐振开关变换器的过程中,发现当电路的负载或输入电压变化到一定程度时,变换器就由原来的四个模态变为了六个模态,其中,新增的两个模态即为该变换器的潜在电路模态,如 1-1(b) 图所示,其中灰色阴影部分为潜在电路模态。潜在电路出现时变换器稳定性变差。且输出电压不再仅由电路拓扑所决定,而是与电路参数和运行条件密切相关,其特性呈现出非预期性,如图 1-2 所示,在已有的电力电子变换器潜在电路的研究中,通常也是通过改造电路拓扑来实现消除潜在电路,如文献[6]中,根据降压式谐振开关电容变换器中潜在电路的回路特征,将二极管与功率开关管串联,以此抑制潜在电路路径的导通。文献[8]为了消除谐振开关电容变换器和 Z 阻抗逆变器中的潜在电路的影响,均采用添加二极管与开关串联或添加可控开关管与二极管并联的方法来消除电路中的潜在电路。其原理如图 4-2 所示。对于ZVT-PWM Buck 变换器,采用增加一个快恢复二极管与谐振电感串联来抑制谐振电感的反向流动,从而抑制潜在电路的出现[8]。文献[9]也是通过在变换器中串入功率二极管来实现开关管的零电压关断,并防止电流通过开关管的寄生二极管续流。
..........
 
第二章 考虑寄生参数的 DC-DC 变换器拓扑分析
 
2.1 引言
直流-直流(DC-DC)变换器是直流电网的重要组成部分,是构建其他类型电力电子变换器的基本组成部分,对其建模分析是研究电力电子变换器的基础,对电力电子变换器的分析与设计具有重要意义。在实际应用中,电力电子电路都存在着寄生现象。随着电力电子技术朝着大功率、高集成度方向的发展,传统的理想模型与实际电路之间的偏差已成为电力电子变换器建模过程中不可忽视的问题。本章将建立几类基本 DC-DC变换器的寄生参数模型,分析其工作特性,并提出基于电力电子变换器潜在电路的动态拓扑的概念,为后续研究奠定理论基础。
.........
 
2.2 集中参数的 DC-DC 变换器拓扑
Boost 变换器的原理图、工作波形及各模态等效电路如图 2-1 所示。(a)图点框内的MOSFET 开关管 S,二极管 D 和升压电感 L 构成了一个最基本的开关型 DC-DC Boost变换电路。这种升压变换电路加上电容和负载构成直流-直流升压变换器,即 Boost 变换器。根据电感电流 iL断续与否,Boost 变换器分为电感电流连续(CCM)和电感电流断续(DCM)两种工作方式,这两种工作方式分别如图 2-1(b)中的虚线波形和实线波形所示。在直流变换器中,反激式 DC-DC 变换器较正激式省掉了较大的电感和续流二极管,其结构相对简单,同时具有输入和输出隔离,升/降压范围宽且易于多路输出等优点,故而被广泛的应用于中、小功率变换场所。反激式变换器实际是一个带有隔离变压器的Buck-Boost 变换器,理想的反激式 DC-DC 变换器如图 2-2(a)所示。图中,变压器由一次绕组 N1和二次绕组 N2组成,具有电感和变压器的双重作用。开关管 VF 按周期性通、断转换。因此变换器具有电感电流连续工作模式(CCM),电感电流临界连续工作模式(BCM)和电感电流断续工作模式(DCM)三种工作模式。为了减小 EMI 和输出整流二极管的反向恢复效应,反激式变换器大多工作在 DCM 模式。
.........
 
第三章 寄生参数引起的 DCM Boost 变换器潜在电路现象 .............29
3.1 引言 ......29
3.2 DCM Boost 变换器潜在电路发生机理及特性 .....29
3.2.1 变换器的潜在电路现象 .......29
3.2.2 特性分析 ........36
3.3 潜在电路对 Boost 变换器特性的影响 ............38
3.4 仿真与实验研究 .......43
3.5 本章小结 .............46
第四章 寄生参数引发的电力电子变换器潜在电路抑制方法研究..............47
4.1 引言 ......47
4.2 现有的抑制方法 .......47
4.3 寄生参数引发的 Boost 变换器潜在电路的抑制方法...........49
4.4 仿真与实验研究 .......53
4.5 本章小结 .............57
第五章 寄生参数引发的潜在电路分析方法及其应用............58
5.1 引言 ......58
5.2 反激式 DCM DC-DC 变换器寄生参数模型潜在电路分析 ......58
5.3 Buck 变换器寄生参数模型潜在电路分析.........65
5.4 Zeta 变换器寄生参数模型潜在电路分析.........69
5.5 本章小结 .............80
 
第六章 基于寄生参数模型潜在电路抑制原理的 DC-DC 变换器拓扑优化
 
6.1 引言
基于寄生参数引发的 DC-DC 变换器潜在电路研究,为了实现提高变换器性能的目的,本文提出了基于变换器寄生参数模型的潜在电路研究方法,抑制潜在电路的出现。那么是否可以通过潜在电路的激励分析,利用其特性,改进变换器拓扑,以此实现进一步提高变换器性能的目的。为此,本章根据 DC-DC 变换器寄生参数模型的潜在电路及其抑制原理,提出一种通过激励或抑制潜在电路的新型变换器拓扑构造方法,并以零电压转换(ZVT-PWM)Boost 变换器为例,分析其寄生参数模型的潜在电路机理及其抑制方法。结合变换器的特性分析,通过去除或者构建潜在电路路径来实现变换器的拓扑优化。在已有的电路拓扑设计过程中,很大程度上要依赖于设计者的经验。本章所提出的方法,无疑为新型电力电子变换器拓扑的构造提供了一种新的理论思路。本章根据寄生参数模型的潜在电路抑制原理,在已有的 DC-DC 变换器的基础上进行拓扑改进,为新型拓扑的构造提供一种新的理论思路。具体方法思路如下:运用潜在电路分析方法对已有 DC-DC 变换器寄生参数模型的工作过程进行分析;得到其包括潜在工作模态在内的所有工作模态和变换器所有可能的工作模式;分析不同工作模式下的变换器特性,通过抑制或加入分析得到的潜在电路模态,或者通过增加新的潜在电路模态以抑制变换器已有的功能或实现特定的功能;同时,运用前述的分析方法,得出优化的电路参数设计和元器件选型的理论依据。结合上述两方面的结论,对变换器拓扑结构进行优化,实现改善变换器工作特性的目的。
........
 
总结
 
本文以 Boost、Buck、反激式 DC-DC、Zeta 四种基本的 DC-DC 变换器为研究对象,研究了由寄生参数引发的潜在电路机理及特性,完善了电力电子变换器潜在电路研究的理论基础。运用潜在电路分析方法分析了这四类 DC-DC 变换器中的寄生效应,提出了新的抑制方法。利用考虑寄生参数的潜在电路分析方法优化 DC-DC 变换器拓扑。为电力电子变换器拓扑优化及新型拓扑构造提供新的思路与方法。研究中运用仿真和实验验证了理论分析的正确性与工程实践可行性。本文所完成的具体工作总结如下:
(1)建立了考虑寄生参数的 Boost、Buck、反激式 DC-DC 等基本 DC-DC 变换器的电路拓扑。分析了电力电子变换器拓扑的动态特性。将电力电子变换器潜在电路分析方法拓展到了寄生参数引起的潜在电路分析领域。
(2)以 DCM Boost 变换器为研究对象,分析了其寄生参数引发的潜在电路现象机理及特性。发现了变换器在实际工作过程中存在的多种可能的工作模式,简化分析之后,总结为三种工作模式,即一种正常的工作模式和两种潜在工作模式。分析对比了各工作模式下的变换器工作特性,发现当变换器工作在潜在工作模式时,变换器的输出特性、效率、开关器件开关应力等均较正常工作模式时变差。
(3)总结电力电子变换器中已有的潜在电路现象抑制方法与寄生效应抑制方法研究的不足,提出了新的潜在电路和寄生效应抑制方法。根据潜在电路的分析结果,判定包含潜在工作模式在内的各工作模式的激励条件。评估不同寄生参数和其他电路参数对潜在电路的影响,据此提出基于潜在电路分析的参数的设计优化原则和开关器件优选方案。
..........
参考文献(略)
发布写论文需求
发布发表需求
发布发表转让

无忧论文网 网站公告

[无忧论文网]是专业论文写作润色及发表论文网站,提供论文精简,论文写作,专业辅导写职称论文,专业辅导写毕业论文,专业辅导写留学生论文等。
100%品质,100%通过,是您写作的理想合作网站。我们的客户风雨同舟,帮广大客户解决各类写作和发表难题。