高效隔离型桥式DCDC变换器的研制

2019年第4期135研究与探讨信息技术与信息化隔离式双向DC/DC 变换器的研究梁承权* 吕德深 黄世玲 朱浩亮 李光平LIANG Cheng-quan LV De-shen HUANG Shi-ling ZHU Hao-liang LI Guang-ping摘　要 本文对隔离式双向DC/DC 变换器拓扑结构进行对比，选择电压等级和功率等级较高的全桥双有源桥变换器作为研究对象。

对全桥双有源桥变换器基本原理进行详细的分析，绘制出变换器稳态工作时关键节点电压和电流的波形。

分析表明，全桥双有源桥变换器不仅易于实现开关管的零电压开关，能量能够双向传输，控制方法简单。

关键词 拓扑结构；全桥双有源桥变换器；零电压开关doi：10.3969/j.issn.1672-9528.2019.04.043* 南宁学院机电与质量技术工程学院 广西南宁 530200[基金项目] 2019年度广西高校中青年教师科研基础能力提升项目（2019KY0933）1引言随着生产力与经济的快速发展，化石燃料等传统能源的消耗有增无减。

为了响应节能减排的号召，对于新能源，如光伏以及风电的开发受到了越来越多的重视。

然而光伏以及风电等新能源在能量供应的持续性以及稳定性上有所不足，于是需要采用电力电子变换装置来实现电压或电流的稳定输出[1]。

隔离式双向DC/DC 变换器特点在于可以实现功率的双向流动，并且能够保证输入侧与输出侧的电气隔离[2]。

因此，隔离式双向DC/DC 变换器在新能源电动汽车、光伏发电、不间断电源系统、风电以及直流功率放大器等场合得到了广泛的应用。

2 隔离双向DC/DC 变换器拓扑结构介绍双有源桥式双向DC/DC 变换器（DAB）是近几年研究较多的一种隔离式双向DC/DC 变换器，这种双向DC/DC 变换器由两个桥式变换单元、电感器、电容器和高频隔离变压器等构成。

常见的半桥式双有源桥变换器如下图1所示。

图1 半桥双有源桥变换器电路结构原边和副边的桥式网络均为两个开关管构成的半桥组成，均压电容C1和C2保证原边电压为方波。

《隔离式光伏发电用推挽正激DC-DC变换器的研究》篇一隔离式光伏发电用推挽正激DC-DC变换器的研究一、引言随着可再生能源的日益重要性和光伏发电技术的快速发展，隔离式光伏发电系统中的DC/DC变换器已成为研究的热点。

推挽正激DC/DC变换器作为其中一种高效的转换方式，其在提高系统效率和保证能量传输的稳定性方面发挥着重要作用。

本文旨在研究隔离式光伏发电系统中使用的推挽正激DC/DC变换器，探讨其工作原理、性能特点及优化策略。

二、推挽正激DC/DC变换器的工作原理推挽正激DC/DC变换器是一种双管正激电路，其工作原理主要基于推挽电路和正激电路的组合。

在正常工作时，两个开关管交替导通和关断，实现能量的传递和转换。

当其中一个开关管导通时，电流通过变压器和开关管传输到输出端，从而实现能量的传递。

在推挽正激电路中，通过控制开关管的导通和关断时间，可以实现对输出电压的精确控制。

三、隔离式光伏发电系统中的应用在隔离式光伏发电系统中，推挽正激DC/DC变换器起着重要的作用。

首先，它能够将光伏电池板产生的直流电转换为适合系统使用的电压。

其次，通过变压器的隔离作用，保证了系统安全可靠地运行。

此外，推挽正激电路的高效率、高功率密度和良好的可靠性使得其在光伏发电系统中得到广泛应用。

四、性能特点及优化策略推挽正激DC/DC变换器具有以下性能特点：一是高效率，能够有效地将光伏电池板产生的电能转换为可用电能；二是高功率密度，能够在有限的体积内实现高功率的转换；三是良好的可靠性，能够保证系统长时间稳定运行。

为了进一步提高推挽正激DC/DC变换器的性能，可以采取以下优化策略：一是优化电路拓扑结构，降低电路损耗；二是采用高频开关技术，提高系统的动态响应速度；三是优化控制策略，实现系统的最大功率点跟踪；四是采用先进的散热技术，降低系统的温度，提高系统的可靠性。

五、实验与结果分析为了验证推挽正激DC/DC变换器的性能及优化策略的有效性，我们进行了实验研究。

《隔离式光伏发电用推挽正激DC-DC变换器的研究》篇一隔离式光伏发电用推挽正激DC-DC变换器的研究一、引言随着可再生能源的日益重要性和普及性，光伏发电技术得到了广泛的应用。

为了更有效地利用太阳能并提高其发电效率，隔离式光伏发电系统中的DC/DC变换器显得尤为重要。

本文将重点研究隔离式光伏发电用推挽正激DC/DC变换器，探讨其工作原理、性能特点及其在光伏发电系统中的应用。

二、推挽正激DC/DC变换器的工作原理推挽正激DC/DC变换器是一种高效的直流电源转换器，其基本工作原理是通过两个开关管交替工作，将输入的直流电压进行升压或降压，并输出到负载。

在隔离式光伏发电系统中，推挽正激DC/DC变换器能够有效地实现电压匹配和功率传输。

三、推挽正激DC/DC变换器的性能特点推挽正激DC/DC变换器具有以下性能特点：1. 高效率：推挽正激结构能够实现高电压增益和低损耗，从而提高系统效率。

2. 良好的可靠性：由于采用了两个开关管交替工作，可以有效地延长系统的使用寿命。

3. 良好的隔离性能：隔离式结构能够有效防止电源与负载之间的电信号干扰，保证系统的安全性和稳定性。

4. 适用于宽范围输入电压：推挽正激DC/DC变换器适用于不同光伏电池的输出电压范围，具有较好的适应性。

四、隔离式光伏发电系统中推挽正激DC/DC变换器的应用在隔离式光伏发电系统中，推挽正激DC/DC变换器主要用于实现光伏电池与负载之间的电压匹配和功率传输。

具体应用包括：1. 最大功率点跟踪（MPPT）：推挽正激DC/DC变换器能够实时监测光伏电池的输出电压和电流，通过控制开关管的占空比，实现最大功率点跟踪，从而提高光伏系统的发电效率。

2. 电压匹配：推挽正激DC/DC变换器能够将光伏电池的输出电压升高或降低到适合负载的电压范围，实现电压匹配。

3. 功率传输：通过调节开关管的占空比和频率，推挽正激DC/DC变换器能够实现光伏系统的功率传输和分配。

五、实验研究与分析本文通过实验研究了对推挽正激DC/DC变换器的性能进行测试和分析。

小型光伏发电系统中的隔离型dc-dc变换器设计DC-DC变换器设计摘要研究了应用于光伏发电系统中的隔离型DC-DC变换器，分析了全桥变换器的工作原理和存在的一些问题，采用了一种基于Boost变换器和移相全桥ZVS DC-DC变换器的组合式前级隔离型 DC-DC变换器，将MPPT控制和全桥变换环节的四个开关管的控制有效解耦。

简要介绍了MPPT技术的发展，对常用的三种MPPT技术的原理和存在的问题进行了分析和比较，并选择扰动观察法作为MPPT控制技术。

设计了总体方案，对主电路中各元器件的参数进行了设计，包括对滤波电容、谐振电感、高频变压器和输出滤波器的设计。

基于IR2110对Boost升压环节的驱动进行了设计，基于UC3875对全桥DC-DC变换环节的控制和驱动进行了设计。

基于 LPC2131 对控制软件进行了设计。

在硬件设计的基础上，在matlab的Simulink模块中进行了光伏发电系统的建模、仿真和分析。

以移相全桥电路为核心搭建了原理样机。

实验结果表明，所搭建的原理样机能够按照要求工作。

31386 毕业论文关键词光伏发电 MPPT 组合式变换移相全桥 UC3875 Title Design of Isolated DC-DC converter in Small PV System Abstract Pre-isolated DC-DC converterapplied for PV system is studied in this paper、 Based on the analysis of the principle of full-bridge converter and some existing problems of the converter, a type of bination of circuit topology based on Boost converter and phase-shifted full-bridge ZVS DC-DC converter is adopted、 Thus the contradiction of MPPT controller and the control for four switches of full-bridge converter is solved、 Development of MPPT technology is briefly introduced and the most mon three types of MPPT technology are analyzed and pared, what’s more, perturbation and observation method is chosen as the MPPT technology in this paper、 Parameters of various ponents in the main circuit is devised, including input filter capacitor, resonant inductor, high frequency transformer, and output filter、 Besides, drive circuits for Boost converter basing on IR2110 and for full-bridge DC-DC converter basing on UC3875 are designed、 On the basis of hardware design, modeling, simulation and analysis is carried out in the Simulink model in matlab、 A prototype of phase-shifted full-bridge converter is built in the end、 The result of experiment indicates the prototype constructed can work as required、源自[六\维$论*文|网(加7位QQ3249`114 Keywords PV power generation MPPT bined conversion phase-shifted full-bridge UC3875 目次1绪论11、1课题背景和意义11、2光伏发电现状、11、3光伏发电系统简介21、4光伏发电系统中的DC-DC变换器31、5本文主要研究内容32隔离型DC-DC变换器52、1移相全桥ZVSDC-DC变换器、62、1、1移相全桥ZVSDC-DC变换器的工作原理62、1、2移相全桥ZVSDC-DC变换器软开关的实现102、1、3移相全桥ZVSDC-DC变换器存在的问题112、2含Boost升压环节的全桥变换器112、3本章小结、133最大功率点跟踪技术143、1光伏电池的工作原理143、2光伏电池的工程模型143、3最大功率点跟踪技术173、3、1固定电压法173、3、2扰动观察法183、3、3电导增量法193、4MPPT技术比较与选择203、5本章小结、204系统硬件设计214、1总体设计方案214、2功率开关管和二极管的选择21 4、3Boost环节设计、234、3、1Boost环节电感设计、234、3、2Boost环节电容设计、244、4全桥DC-DC变换环节设计244、4、1高频变压器设计、244、4、2谐振电感设计264、4、3滤波电感设计264、4、4滤波电容设计274、5输入滤波电容设计274、6驱动电路设计274、6、1Boost环节驱动设计、274、6、2全桥DC-DC变换环节控制和驱动设计、29 :4、7本章小结、335系统仿真分析345、1光伏组件模型的仿真分析345、2Boost升压环节仿真分析375、3全桥DC-DC升压变换环节仿真分析385、4含MPPT的前级DC-DC变换器的仿真分析、415、5本章小结、446系统软件设计456、1软件设计方案456、2信号采样子程序、466、3MPPT子程序、496、4PWM输出子程序、506、5本章小结、517实验与调试、527、1原理样机的搭建、527、2实验结果分析537、3本章小结、55 结论、56 致谢、57 参考文献581 绪论1、1 课题背景和意义能源是人类生活的基础,是社会经济生产的动力。

科学技术创新2020.27隔离型双向升压全桥DC-DC 变换器效率的提高孙飞刘通（黑龙江科技大学电气与控制工程学院，黑龙江哈尔滨150027）1概述自从Charles F.Kettering 发明了电池供电的电动起动电动机并启发了直流配电以来，电池和光伏电池已经成为实用和必不可少的能源，基于直流电的可再生能源管理系统也越来越受欢迎。

为了满足对更安全、更高效的可再生能源管理系统的最新要求，作者的兴趣集中在具有隔离功能的功率调节系统的底层技术上，这有助于提高系统的安全性和最小化系统的体积。

广泛的三相公用系统安装迫使能源供应商要求隔离功能，以呼吁他们的先进安全意识[1]。

为了从可再生能源中扩大输入电压范围，以前对电流型全桥DC-DC 变换器的研究已经提出了许多具有吸引力的候选电路。

然而，现有的候选电路并没有给出很好的解决方案，以满足最近的安全要求，因为他们没有提供足够的实际安全性，或他们没有很高的效率。

为了满足这一要求，本文开发了一种具有隔离功能的高频DC-DC 变换器，该变换器包括有源缓冲网络，以满足最近10千瓦光伏发电系统的需求。

为了进一步利用所提出的转换器，我们在双向延伸上研究更有效的可充电储能管理系统[2]。

本文提出了提高隔离式双向Boost 全桥DC-DC 变换器能量转换效率的思路，以实现储能器与直流母线之间的有效能量转换。

该方案除了简单的单双向功率级外，还具有优化的驱动频率、半理想的绕组比和较低的无源开关损耗等优点，提高了功率转换效率，有源缓冲电路损耗低，输出端同步整流。

提出了隔离型双向Boost 全桥DC-DC 变换器的进一步效率改进方案，优化了开关频率，改进了低损耗有源吸收网络。

2电路原理分析所提出的带低损耗有源缓冲网络的隔离双向Boost 全桥DC-DC 变换器的电路图如图1所示。

该变换器由基本Boost 全桥变换器组成，该变换器在隔离变压器TR 的两侧具有有源开关全桥半导体块Q1-Q4和Q5-Q8实现双向功率转换，附加的有源缓冲器组合块包括由Qr 和在优化驱动频率、重构隔离变压器TR 的绕组比到半理想值、降低缓冲网络中的无源开关损耗等方面，尝试了提高效率的方案。

隔离型全桥DC-DC电源的设计方案全桥结构在电路设计当中有着相当广泛的作用。

本文介绍了一种基于全桥DC-DC的隔离电源设计。

文中提及的半桥IGBT板为两组隔离的正负电压输出，这样做是为了能够成为IGBT的驱动及保护。

并且在实践设计时，需要根据选择的IGBT开关管参数和工作频率，来确定驱动板电源功率。

而后对原边共用全桥控制的DC-DC电源设计进行了介绍，给出了变压器的选择方法。

1.IGBT半桥集成驱动板电源特点半桥IGBT的有效驱动和可靠保护都由半桥IGBT集成驱动板来实现。

半桥IGBT 集成驱动板自身必须具备两路DC-DC隔离电源，该电源要求占用PCB面积小、体积紧凑、可靠性高，并且两组电源副边完全隔离。

在大功率半桥IGBT 集成驱动单元的项目中，针对驱动单元需要高效、可靠的隔离电源，设计了一种电源变压器原边控制拓扑，即两组隔离电源变压器原边共用一组全桥控制的思路，提高了电源功率密度和效率，节省了功率开关数量。

全桥开关管巧妙搭配，无需隔离驱动，减少了占用集成驱动板上的PCB面积。

半桥IGBT集成驱动板在两路驱动上表现出负载特性一致的原因是，因为上下半桥当中两个单元IGBT的性能参数一致，并且采用同体封装。

因此在IGBT半桥集成驱动板的电源设计中，两组隔离的DC-DC电源原边完全可以共用一组控制电路。

IGBT半桥集成驱动板一般镶嵌在IGBT功率模块上，它对驱动板的要求有两个：第一是半桥集成驱动板对PCB面积、体积要求很高，要求尽可能减小PCB面积和体积;第二因为驱动IGBT需要的功率较大，对板上电源的功率密度、效率要求也较高。

2.原边共用全桥控制的DC-DC电源设计本设计采用了两个变压器原边共用，也就是全桥电路控制DC-DC电源变压器。

正常模式下两个全桥变换拓扑需要两组全桥开关，同时全桥开关的脉冲驱动电路也为两组共8路PWM脉冲。

采用共用全桥拓扑节省了控制电路和全桥开关，简化了DC-DC隔离电源电路。

《隔离式光伏发电用推挽正激DC-DC变换器的研究》篇一隔离式光伏发电用推挽正激DC-DC变换器的研究一、引言随着环保理念的普及和能源危机意识的提高，可再生能源如光伏发电受到了广泛关注。

其中，隔离式光伏发电系统以其出色的安全性和高效率在能源领域发挥着重要作用。

推挽正激DC/DC 变换器作为隔离式光伏发电系统中的关键部分，其性能的优劣直接影响到整个系统的运行效率和稳定性。

因此，对推挽正激DC/DC变换器的研究具有重要的理论意义和实践价值。

二、推挽正激DC/DC变换器的基本原理与特点推挽正激DC/DC变换器是一种将直流电压进行转换和调节的电路。

它主要由两个开关管、两个二极管、一个变压器和滤波电路等组成。

当开关管工作时，通过控制其通断时间，使得变压器在初级线圈中产生交流电，从而在次级线圈中产生正激式输出电压。

其特点是结构简单、转换效率高、可靠性高等。

三、隔离式光伏发电系统中推挽正激DC/DC变换器的应用在隔离式光伏发电系统中，推挽正激DC/DC变换器主要用于将光伏电池板输出的直流电压进行转换和调节，以满足系统对电压和电流的需求。

同时，通过控制开关管的通断时间，可以实现最大功率点跟踪（MPPT），提高光伏电池板的发电效率。

此外，推挽正激DC/DC变换器还具有电气隔离的功能，保障了系统的安全性。

四、推挽正激DC/DC变换器的研究现状与挑战目前，针对推挽正激DC/DC变换器的研究主要集中在优化其电路结构、提高转换效率、降低能耗等方面。

然而，在实际应用中仍存在一些挑战，如开关管的电压和电流应力大、电磁干扰（EMI）等问题。

因此，如何降低开关管的应力、提高变换器的稳定性、减少EMI等问题成为当前研究的重点。

五、推挽正激DC/DC变换器的优化设计与实验分析针对上述问题，本文提出了一种优化设计的推挽正激DC/DC 变换器。

首先，通过改进电路结构，降低开关管的电压和电流应力；其次，采用软开关技术，减少开关过程中的能量损失；最后，通过优化控制策略，提高系统的稳定性和可靠性。

隔离型DC-DC变换器控制系统的探究摘要：隔离型DC/DC变换器广泛应用于各种电子设备中，控制系统的性能对变换器的工作稳定性和电路效率具有重要影响。

本文探究了几种常见的隔离型DC/DC变换器的控制方法，包括开环控制、反馈控制、猜测控制和混合控制等，对各种控制方法的优劣进行了比较和分析，从而为DC/DC变换器控制系统的设计提供参考。

本文还对隔离型DC/DC变换器的电路拓扑进行了介绍，包括基础的Boost、Buck、Buck-Boost和拓扑变换器等，以及多电平谐振变换器和多电平逆变器等高级拓扑。

最后，本文还介绍了DC/DC变换器的应用场景和将来进步趋势。

关键词：隔离型DC/DC变换器、控制系统、开环控制、反馈控制、猜测控制、拓扑变换器、多电平谐振变换器、多电平逆变器。

引言隔离型DC/DC变换器是一种将电源电压转换为适合特定负载的电压的重要电子器件，广泛应用于通信、计算机、汽车、军事等领域。

DC/DC变换器在电路设计中具有很高的使用率和灵活性。

变换器的功率转换效率和稳定性直接取决于其控制系统的设计和实现。

因此，DC/DC变换器的控制系统已成为电路设计和探究的一个重要领域。

本文将介绍DC/DC变换器的基本观点和原理，并比较分析几种常见的控制方法，探讨它们的优缺点。

本文还将介绍几种典型的DC/DC变换器拓扑，并评估它们在不同应用场景中的优缺点。

最后，本文将谈论将来DC/DC变换器的进步方向。

DC/DC变换器的基本观点和原理DC/DC变换器是将一个DC电压变为另一个DC电压的一种电路。

它通常由变换器控制电路和电源电路组成。

变换器控制电路可以通过改变开关通断时间来改变输出电压和电流。

基于不同的工作条件，DC/DC变换器可以接受多种电路拓扑，如Boost、Buck、Buck-Boost和拓扑变换器等。

这些不同的电路拓扑在工作原理和效率方面有所不同。

对于不同用途的应用场景，需要选择不同拓扑的DC/DC变换器。

DC/DC变换器控制方法（1）开环控制开环控制是一种基础控制方法，通常用于变换器的低功率应用。