集成多端口DC-DC變換器拓撲衍生與分析方法研究.pdf

1、能源危機與環(huán)境問題為社會的可持續(xù)發(fā)展帶來了嚴峻的考驗，可再生能源的開發(fā)與利用、分布式能源技術的優(yōu)化與提升成為了社會廣泛關注的熱點。在分布式能源系統(tǒng)的研究中，多端口DC/DC變換器占據(jù)了重要的地位，它可以實現(xiàn)可再生能源、儲能元件和負載的混合連接，完成電能的高效轉換。同時，多端口DC/DC變換器在汽車電子、備用電源等領域也得到了廣泛的應用。但是，現(xiàn)有的多端口DC/DC變換器存在器件數(shù)量多、交叉調整性能差、效率低等問題，使其應用受到一定的限制

2、。本文通過對已有的多端口DC/DC變換器方案進行綜述，分析比較了各類拓撲的構成方法及其優(yōu)缺點。其中，為得到N個獨立的輸出端口，傳統(tǒng)分立的雙向多端口DC/DC變換器使用2N個開關器件，傳統(tǒng)分立的單向多端口DC/DC變換器使用N個開關管與N個二極管，器件數(shù)目多、變換器成本高。然而理論上，N個端口的獨立控制僅需要N個控制自由度（如占空比、頻率等），即只需要N+1個開關管。因此，本文提出了一種使用N+1個開關器件實現(xiàn)N個獨立可控端口的變換器拓撲

3、衍生方法，并由此推導出可適應不同應用場合的一系列變換器拓撲。
　　本文從傳統(tǒng)非隔離和隔離的DC/DC變換器中分別總結出非隔離模塊和隔離模塊。將傳統(tǒng)的DC/DC變換器與非隔離模塊或隔離模塊集成，得到了一系列非隔離多端口DC/DC變換器、隔離多端口DC/DC變換器以及混合多端口DC/DC變換器。多端口DC/DC變換器主要有兩種典型的連接方式，論文將其命名為拓撲一和拓撲二，并給出了基于這兩種連接方式的拓撲構成方法。
　　隨后，論文

4、以集成雙輸出Buck變換器為例，對非隔離的多端口DC/DC變換器進行分析。該電路由一個傳統(tǒng)的同步Buck變換器與一個同步Buck模塊集成而成，僅需三個開關管便可實現(xiàn)兩個輸出的獨立控制，同時，有一個開關管實現(xiàn)了軟開關，使電路的損耗得到了進一步的減小。論文首先詳細分析了電路的工作原理及其換流過程，同時建立了該變換器的小信號模型，分析了變換器的閉環(huán)控制特性。最后，提出了集成雙輸出Buck變換器的閉環(huán)控制設計方案，搭建了實驗平臺，對理論分析進行

5、驗證。此外，為了進一步減小變換器體積、減少元件數(shù)量，論文采用磁集成的方式，將變換器的兩個電感集成到一個磁芯上。
　　緊接著，論文分別以集成雙輸出Flyback變換器和集成雙輸出Buck-Flyback變換器為例，對隔離多端口DC/DC變換器和混合多端口DC/DC變換器進行了分析。其中，集成雙輸出Flyback變換器由不對稱Flyback變換器與一個不對稱Flyback模塊集成而成，三個開關管均實現(xiàn)了軟開關。集成雙輸出Buck-Fl