小功率高频在线式UPS双向DC-DC变换器研究

摘要

双向DC-DC变换器可以根据需要进行能量的双向传输，很适合用于UPS中用来替代UPS中的传统DC-DC变换器和充电器，将UPS中的DC-DC变换器和充电器合二为一，既可以降低UPS的成本，又可以减小UPS的体积和重量。小功率高频在线式UPS是性价比较高的一种UPS类型，应用广泛，本文主要研究双向DC-DC变换器在小功率高频在线式UPS中的应用。
　　本文通过对小功率高频在线式UPS的分析以及对双向DC-DC现状的分析，选择移相式全桥双向DC-DC变换器作为研究对象。文中详细分析了变换器的工作模态，通过变换器工作模态的电流流向分析出变换器实现软开关的条件，通过状态空间平均法建立了变换器的数学模型，并进行了控制器的设计和系统仿真。仿真结果表明数学模型的建立、软开关的条件以及控制器的设计都是正确的、合理的。
　　由于移相式全桥DC-DC变换器的串连电感的平均电流为0，如果选取电感电流作为状态变量，则难以推导出电感电流的对象模型。本文提出了一种新颖的小信号建模方式，小信号模型推导时选取输出电流作为状态变量，从而推导出经典的电流、电压双环控制模型。实际采样时采样电感电流，通过电感电流与输出电流的对应关系得出输出电流，这样可以在双向DC-DC的双向变换时都采样电感电流，减少了电流的采样点，降低了电流采样的难度和成本。
　　磁性元件是移相式全桥双向DC-DC变换器的关键器件，本文详细介绍了变压器和电感的设计，本文介绍的变压器和电感的设计过程大致相同，多采用理论分析和推导，减少假设和经验，并考虑了实际工程应用，设计方法和过程适合于所有类似的磁性元件，容易衍生和推广。
　　本文进行了原型机的设计和调试，实验结果表明双向DC-DC变换器可以替代UPS中传统的DC-DC变换器和充电器，也证明了双向DC-DC变换器的数学模型以及控制器的设计是正确的。

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第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 UPS简析

1.3 双向DC-DC变换器概述

1.4 小功率高频在线式UPS双向DC-DC变换器选择

1.5 移相式全桥双向DC-DC变换器的研究现状

1.6 本文研究的主要内容

第2章 移相式全桥双向DC-DC变换器分析

2.1 引言

2.2 DAB双向DC-DC变换器的工作模态

2.3 DAB双向DC-DC变换器实现ZVS的条件

2.4 DAB双向DC-DC变换器的数学模型

2.5 DAB双向DC-DC变换器设计

2.6本章小结

第3章 DAB双向DC-DC变换器控制器设计

3.1 引言

3.2 DAB双向DC-DC变换器小信号建模

3.3 DAB双向DC-DC变换器控制器设计

3.4 DAB双向DC-DC变换器PWM构建

3.5 DAB双向DC-DC变换器仿真

3.5 本章小结

第4章 DAB双向DC-DC变换器磁性元件设计

4.1 引言

4.2 DAB双向DC-DC变换器升压模式计算

4.3 DAB双向DC-DC变换器变压器设计

4.4 DAB双向DC-DC变换器电感设计

4.5 本章小结

第5章 带双向DC-DC变换器的UPS原型机设计

5.1 引言

5.2 UPS辅助电源设计

5.3 UPS整流电路重新设计

5.4 原型机测试验证

5.5 本章小结

结论

参考文献

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致谢

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