大功率储能型有源箝位反激变换器的研究

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1、大功率储能型有源箝位反激变换器的研究摘要：本设计主要适用于蓄电池与逆变器直流母线之间的变换器，接受逆变器的调度，实现蓄电池的充、放电功能。主要分析了输入（或输出）300V，输出（或输入）48V的有源箝位双向反激DC-DC变换器的电路设计原理，阐述了能量正向传递时的工作过程，并对主电路参数进行设计计算。通过搭建模型进行仿真，得出工作过程波形。通过实验验证了理论与仿真的正确性，以及实现了该反激变换器的主开关管的零电压开通（ZeroVoltageS　　关键词：有源箝位；DC-DC；反激变换器　　DIO：10.3969/j.

2、issn.1005-5517.2017.2.015　　引言　　独立风能、太阳能发电系统受天气影响很大，输出功率不稳定，所以，迫切需要配置储能系统来保证系统供电的可靠性和连续性。双向DC-DC变换器可实现发电系统能量与蓄电池能量的双向传递。双向DC-DC变换器朝着高频性、高可靠性、高效率、小型轻量化和高性能的方向发展。传统的双向DC-DC变换器工作在硬开关状态，开关损耗大、可靠性低，解决问题的最佳方式是采用软开关技术。有源箝位双向DC-DC反激变换器可以实现变压器漏感能量的吸收、开关管的关断电压抑制，以及实现开关管的Z

3、VS等功能。此外，在双向反激变换器中采用有源箝位技术，未增加电路控制的复杂程度，是双向反激电路实现电压箝位和软开关的首选技术。　　本文主要对双向反激变换器的有源箝位变换器的工作原理和�开关技术进行了分析。　　1电路拓扑与工作模态分析　　1.1电路拓扑　　有源箝位双向反激直流变换器的电路拓扑如图1所示。该拓扑结构是以基本双向反激变换器隔离变压器为基础，在隔离变压器两侧添加有源箝位电路形成的。　　其中，Uin、Uout为输入输出电压；激磁电感L.和理想变压器Tx组成反激变压器；Lr1、Lr2为变压器一次侧漏感和二次侧漏感

4、；Cr1、Cr2分别为主开关管S1、S2的结电容；Cc1、Cc2分别为箝位电容，与箝位开关管S3、S4串联组成箝位电路。　　在发电系统能量与蓄电池能量的双向传递过程中，大部分时间工作在能量的正向传递过程，所以，以向蓄电池充电的方向为正。　　1.2工作模态分析　　进入稳态工作后，以开关管S1和S4的开通为起点。一个周期由十个模态组成，运用十个区间来分析变换器的工作过程，每个区间的参数波形变化如图2所示。　　在模态分析之前，需进行假设：分析开始时，变换器进入了稳定工作状态，激励电感Lm上的电流恒为正；箝位电容Cc1和Cc

5、2非常大，开关过程中其两端电压近似不变；电感Lr上储存能量足够大，能够实现开关管S1的零电压导通；电感Lr1、Lr2之值远小于激磁电感值Lm（Lr约为5%～10%的Lm）；箝位电容Cc1与电感L1谐振周期要满足关系式：。　　（1）　　t1-t2：在t1时刻，开关管S1和S4关断，原边电流给S1的输出电容Cr1充电，变压器开始放电，副边电流反向给S2的输出电容Cr2放电，这个模态时间很短，所以可以近似认为Cr1的电压线性增加，Cr2上的电压线性减小。　　t2～t3：当Cr1电压充电至Uin+Uc1时，原边辅助箝位开关管

6、S3的体二极管导通，原边电流开始给箝位电容Cc1和输出电容Cr1充电，由于Cc1比Cr1大很多，忽略对Cr1的充电。当S3的体二极管导通时，开关管S3的漏源电压UDS被箝位在一个负的体二极管导通电压上，此期间开关管S3开通，可实现S3的零电压开通。这期间Cc1两端的电压上升，Cr2的电压减小。　　t3-t4：在t3时刻，当Uc1被充电至Uin+Uc1，时，副边开关管S2的体二极管导通，则S2的UDS被箝位在体二极管的导通电压上，此期间开通S2，可以实现S2的零电压开通。　　t4-t5：在t4时刻，开关管S2和S3零电

7、压开通，则副边电流从箝位开关管S2的体二极管转移至导电沟道上，S2同步整流。激磁电感电流Lm线性减小，箝位电容Cc1和电感Lr1发生谐振，电感Lr1电流线性减小，箝位电容Cc1的电压增大，因为Cc1电容很大，所以谐振过程中电压近似不变。S1两端电压被箝位在U1+UCc1。