索引词 |
| 变压器,直流总线概念Boost-Buck,直流-直流转换器,全桥变换器(流化床燃烧器)、可再生能源系统,三端口变换器(TPC) |
介绍 |
| 电源转换器是一个电气或机电设备转换为电能。这可能非常简单,比如改变交流电源的电压的变压器,但还包括更复杂的系统。这个词还可以指一个类的电机用于转换到另一个频率的交流电的频率。功率转换系统通常包含冗余和电压调节。电力转换系统分类的一种方法是根据输入和输出是否交流电(AC)或直流(DC)。 |
直流-直流转换器 |
| DC-to-DC转换器是一种电子电路,将直流电(DC)的来源从一个到另一个电压水平。 |
| 直流对直流转换器是重要的便携式电子设备,如手机和笔记本电脑,主要从电池提供电力。这样的电子设备通常包含几次电流,每个都有自己的电压水平的要求不同,提供的电池或外部供应(有时比电源电压更高或更低)。此外,电池电压下降作为其存储电力耗尽。切换直流对直流转换器提供一个方法来增加电压从一个部分降低电池电压从而节省空间而不是使用多个电池来完成同样的事情。 |
| 大多数直流对直流转换器也调节输出电压。一些例外包括高效的LED电源,这是一种调节直流对直流转换器的电流通过发光二极管,和简单的电荷泵的输出电压的两倍或三倍。 |
| buck-boost转换器是一种DC-to-DC转换器的输出电压大小大于或小于输入电压大小。 |
| buck-boost转换器的基本原理相当简单 |
| •在使用状态,输入电压源直接连接到电感(L)。这导致积累能量在这个阶段,L .电容器供应能量输出负载。 |
| •在断开状态,电感器连接到输出负载和电容器,所以能量转移从L C和R。 |
相关的工作 |
三个端口转换器 |
| 说明本文所提出的拓扑可能体现的概念,推导出一组三端口转换器从一般的拓扑结构和基本转换细胞已经在[4]。几种有前景的例子如下所示。 |
| 的三端口triple-active-bridge(选项卡)转换器[7]。除了电隔离,这种拓扑的优点是容易匹配不同的端口电压水平在整个系统。可以通过选择适当的绕组匝数字。这个电路允许一个固定频率操作,利用变压器漏感能量转移元件。每个桥产生高频电压(squarewave在最简单的情况下)与控制相移角对第一面。电压绕组有相同的频率。三个端口之间的功率流可以由相移控制的。 |
| 最大可能的功率流是由泄漏(和外部添加)电感[7]。这个电路可以与软交换操作,提供操作电压附近的每个端口保持常数。然而,当港口操作电压变化很大,与超级电容器等,工作工作范围会减少。[10]的方法提出了延长软开关范围通过调整电压的负载比(一个矩形脉冲波)港口的操作电压成反比。 |
| 变换器拓扑将直流环节和磁力耦合器见图8 [3]。在这个转换器的主要来源(燃料电池)和存储(超级电容器)通过直流总线是相互联系的,因为他们都是低压设备及其操作电压接近对方。负载端口是通过开关连接桥和变压器绕组。六个开关使用和所有的三个电源端口是双向的。该系统适用于应用程序的低操作电压的主要来源和存储需要提高匹配负荷侧电压高,例如,提供一个逆变器,400 V,产生交流输出。 |
| 所示的网格状结构提出的拓扑结构可以实现问题,特别是对于大功率低压大电流的情况下,需要大量的低ESR电影与网格状的电解电容器并联电容器。为了使用更多的硅和被动元件少,图8中的网格可以被完整的桥梁[2]。生成的拓扑结构见图9。因此,当前的压力开关设备减少到一半。工作原理仍然类似于半桥的版本。然而,开关变换器的状况变得更糟。所有情况下的ZVS条件不再持有。 |
提出了系统 |
| FB-TPC应用于一个独立的光伏发电系统与电池备份来验证提出的拓扑。为了更好的分析工作原理,提出FB-TPC拓扑重绘,这两个源端口连接到一个PV源和一个电池,分别在输出端口连接到负载 |
| 有三个独立的光伏发电系统功率流从光伏到负载,从光伏电池,电池负载。至于FB-TPC,负载端口通常有严格监管,以满足负载要求,而光伏来源的输入端口应该实现最大功率跟踪收获最多的能源。 |
| 因此,光伏源和负载之间不匹配的权力必须从电池充电或放电端口,这意味着FBTPC,两个独立的三个港口应控制和第三个用于功率平衡。因此,两个独立控制变量是必要的。 |
开关状态分析 |
| Ppv = Pb +订单(1) |
| Ppv, Pb,阿宝流经PV,电池和负载端口,分别。FB-TPC有三种可能的操作模式 |
| •输出(做)模式,Ppv≥阿宝,太阳能电池吸收多余的负载和蓄电池从光伏电源 |
| •双输入(DI)模式,Ppv≤阿宝和Ppv > 0,电池放电的负载以及光伏 |
| •对于单输入模式的输出与Ppv = 0,电池供应负载功率。 |
| 当ppv = po,单独太阳能供应负载功率和转换器操作在边界状态的DI和模式。这种状态可以被视为DI还是模式。自从FB TPC对称结构,转换器的操作在这种状态下的输出模式是一样的,在电池提要负载。转换器的操作模式和功率流表1中列出。每个操作模式的功率流路径/方向了。 |
| 开关状态在不同的操作模式都是一样的,这些模式的差别iLm的价值和方向,这是依赖ppv和阿宝的力量。做模式,iLm是正的,在输出模式下,iLm是负的,依赖注入模式,iLm可以是积极的还是消极的。以做模式为例来分析。 |
| 为简单起见,下面的假设: |
| •Cpv、Cb公司足够大,电压的三个港口,Vpv, Vb,和签证官常数在稳定状态 |
| •的Vpv≥Vb为例进行切换状态分析。有四个开关状态在一个开关周期。每个州的关键波形和等效电路。 |
| 可以看出从p - v的电压源Vpv可以监管DA1和DB 1的最大功率点跟踪翻译(MPPT),以电池电压Vb为常数。输出电压签证官可以严格监管与D1和D3。 |
| 签证官= n [D1Vpv + D2 (Vb−Vpv) + D3Vb] = 2 nd1 Vpv |
ZVS分析 |
| 根据分析,FB-TPC的操作类似于移相流化床燃烧器的操作和两个开关、驱动与互补信号。拟议中的FB-TPC可以利用漏电感,滤波电感,和的输出电容开关实现ZVS,问世至今刺激,问世至今所有开关断开。相移流化床燃烧器的工作原理是相似的。唯一的区别是,在提出FBTPC,变压器的磁化电感Lm还可以帮助实现ZVS开关如果iLm的方向是一样的iP。 |
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| 功率流路径/方向的每个操作模式。(一)模式。(b)模式。(c)的输出模式。 |
设计考虑 |
| 至于半导体器件应力,FB-TPC类似传统的流化床燃烧器。但是这两个转换器之间的关键区别是变压器的磁化电感Lm操作作为一个电感器。我们也把Vpv≥Vb情况为例进行分析。 |
| 稳定状态,我们有 |
| Vpv Ipv = Vb |
| Ib + VoIo |
| 根据开关状态I和II, |
| Ipv = DA1 (ILm + nIo) |
| 在ILm的平均磁化电流变压器,然后我们有吗 |
| ILm = [Ipv / DA1] - nIo |
| Ib = D2 (ILm + nIo)−D3 (ILm−nIo) = |
| (DB1−2 d3) ILm + DB1nIo |
| 然后平均变压器磁化电流ILm也可以由以下方程。 |
| ILm = [Ib−DB1nIo] / [DB1−2 d3) |
| 注意到,可以减少ILm增加DA1和DB的名义值1这个结果也是有效Vpv < Vb情况下遵循相同的分析过程。因此,ILm的价值可以减少设计一个适当的调制方案。 |
| 提出了脉宽调制方案,当vpv远远高于vb, vc 2 < Vtri, vc 3保持为零,DB 1将达到它的最大价值。只有三种开关状态,状态II-IV,在一个开关周期。 |
变压器和虚拟总线操作三端口变换器 |
| 在这个解决方案中,网格中性线直接连接到阴极的直流总线,因此通过寄生电容的电压夹为零。因此,CM电流完全消除。与此同时,帮助创建一个虚拟直流母线产生负输出电压。 |
| 所需的直流总线电压仍然是一样的全桥,并没有任何限制的调制策略从CM中删除当前自然的电路结构。通过这种方式,基于全桥和半桥的优势解决方案组合在一起。 |
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| 基于上面的创意中,提出了一种新型逆变器拓扑的虚拟直流母线采用开关电容技术概念。该逆变器可以与单极调制SPWM变频调速和双频率。它只包含五种力量感应开关和一个过滤器,因此半导体和磁性元件的成本可以降低。 |
| 所需的直流电压只有一半的一半桥的解决方案,而消除CM电流的性能优于基于全桥逆变器。基于这个想法,提出了一种新型逆变器拓扑的虚拟直流母线采用开关电容技术概念。 |
| 它只包含五种力量感应开关和一个过滤器。提出的拓扑是特别适用于小功率单相应用,在输出电流相对较小,这样造成的额外的当前压力开关电容不会引起严重的电力设备和电容器的可靠性问题。 |
| FB-TPC两个细胞,细胞A和B,共享的负面终端。因为这两个细胞以及FB-TPC是独立的两个来源,也可以连接其他礼仪。 |
| FB-TPCs的另两种类型。这些FB-TPCs的操作原理是相似的。FB-TPC的关键特征是,磁化电感滤波电感,变压器也功能和主电路作为四个开关buck-boost变换器桥两个端口之间的功率流的主要方面。 |
| 然而,变压器的储能能力可能限制FB-TPC的额定功率。为了克服这个缺点,一块电容可以放在系列与主绕组和另一个优化设计感应器放置在与之间转换功率变压器一次侧的两个港口。 |
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| 改进的转换器,名叫FB-TPC平行的电感器(FB-TPC-PI),可以被看作是一个组合的fourswitch buck-boost转换器和一个流化床燃烧器使用共享电源开关。 |
PWM调制在FB-TPC |
| TPC的电源管理和控制提出了应用于FB-TPC因为可再生能源的功率控制系统与电池备份类似原理和拓扑的类型无关。 |
| 然而,PWM方案不同的转换器通常不同,主要由拓扑。为了更好的分析PWM FB-TPC的方案。四个监管者,PV电压调节器(IVR)翻译为MPPT,电池电压调节器(BVR)最大电压充电控制,电池电流调节器(BCR)最大电流充电控制和输出电压调节器(表达)输出电压控制,用于实现系统的电源管理。 |
| FB-TPC可以工作在做,DI,或输出模式,根据光伏电源和负载功率之间的关系。 |
| DB的最大值1 |
| DB1 max = DA1 + D3 |
| DA1取决于D3的最大值。 |
| DA1 max = 1−D3 |
| 分析的基础上,提出了PWM方案及其生成进行了说明,其中Vtri是峰的峰值电压Vtri载体,vc1,趋势,vc3控制电压生成通过使用竞争方法,由以下方程: |
| vc1 = max (vc BVR vcBCR, vc IVR) |
| Vtri趋势= min(趋势) |
| vc3 = max(0,趋势−Vtri) |
模拟电路和结果: |
提高模式: |
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| 为提高输出电压模式:- |
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| 巴克模式: |
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| 输出电压为巴克模式 |
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| 提出了系统 |
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| 电流和电压 |
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| 输出电压 |
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| 输出电流 |
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结论 |
| 虚拟直流总线的概念,提出了解决CM电流变压器的问题少网格连接光伏逆变器。通过连接阴极的直流总线直接网格中性线,流浪PV电容器上的电压是夹为零。它只包含五种力量感应开关和一个过滤器。还有FB-TPC连接通过可再生能源系统的有效方法。我的可再生能源系统的输入电压为40.3 v,输出230 v。的有效方法,可再生能源系统和电网连接。 |
表乍一看 |
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| 表1 |
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数据乍一看 |
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引用 |
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