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一种新型双变压器三电平DC/DC变换器的研究

更新时间:2009-03-28

随着世界能源危机和污染问题不断加深,电动汽车的加速发展势在必行,高效率高功率密度的直流充电桩自然成为电动汽车的研究重点。目前市场流行的电动汽车直流充电桩大多为两级式结构:前级为PFC功率因数校正电路;后级为高效率隔离型DC/DC变换电路。但采用的充电电路拓扑单一,要满足市场上200~750 VDC的宽范围充电电压范围时,通常只在输出高压时能保持高效率,而输出低压时效率较输出高压时下降不少。究其原因,变压器及其他磁性元件是按照高占空比甚至满载设计的,当电路占空比较低时,各元件无法达到最高效率点工作。所以进行高效率宽范围输出的拓扑研究是有必要的。

文献[1-2]均提出了副边变匝比的方式拓宽输出电压的范围,但是使用单个开关管控制一个绕组难以实现输出电压的无极平滑调节,而多个绕组多个开关管的使用无疑会使电路成本大幅上升。文献[3-4]分别提出了半桥/全桥、两电平/三电平模态变换提高效率和输入范围的电路,但拓扑的根本结构并未改变,提高的范围较为有限且其控制相对复杂。文献[5]提出了变压器并串联结构全桥LLC谐振变换器,该方案对于宽范围的提升比较可观,但是流经开关管和整流二极管的电流是传统变换器的两倍,开关管和整流二极管的电流应力很大,这对于开关管和二极管是不小的冲击。文献[6-7]提出的双变压器提升输入输出范围方案效果不佳,且主要将双变压器用于实现开关管的软开关,视野较为局限。文献[8-11]提出了在主电路侧并联一组Boost电路,主要优化在于添加的辅助电路在宽范围输入时PWM控制策略的调整,对于电路拓扑整体的宽范围输入/输出探究不足。文献[12]提出在变压器直接并/串结构,但是其开关管二极管电流仍然很大,电路的开关管和二极管的通态损耗会增加。文献[13-16]基于变压器串并结构的基础上,在整流桥间串联了电感,此举主要优化抑制电流的纹波,使器件的电流应力有所减小,但在宽范围输入/输出的研究上仍显不足。文献[17]采用了两个变压器副边串联的结构,但采用的整流二极管数量多了一倍,这增加电路的硬件成本和复杂程度,不符合经济需求。文献[18]所提出的方案应用场所狭窄,仅在低压小功率范围场所适用,无法适用于直流充电桩等大功率场合中。

所以为了能够获得宽范围输出的同时,又能在输出低压时保持高效率,本文首次引入一组辅助桥臂,提出了一种新型双变压器三电平变换器,并分析其工作原理及各阶段工作过程,给出其与传统三电平电路设计的相异之处,并通过实验对本文所提新电路进行了验证。

1 工作原理

1.1 电路拓扑

图1为新型双变压器三电平变换器电路拓扑,Q1~Q4为辅助桥臂开关管,Q5~Q8为主桥臂开关管,D1~D4为副边整流二极管,D5~D8为两组箝位二极管,D9~D12为 Q1~Q4的体二极管,D13~D16为 Q5~Q8的体二极管,C3~C6为辅助桥臂开关管Q1~Q4的寄生结电容,C7~C10为主桥臂开关管Q5~Q8的寄生结电容,Lr为滤波电感,TX1为主变压器,TX2为辅助变压器,两变压器变比均为n1=n2=1∶1。

为了简化分析,作如下假设:①所有开关管、二极管、电感、电容均为理想器件;② 输出电容足够大,等效为电压源Uo;③所有开关管的寄生结电容均相等。

电路主要有两种工作状态即低压输出模式和高压输出模式,以下根据两工作模式给出工作原理分析。

  

图1 新型双变压器三电平变换器Fig.1 The new interleaved three-level converter with dual transformer

1.2 低压输出(辅助桥臂输出零电平)模式

当输出低压时,辅助桥臂输出零电平即Q1和Q4关断,Q2和Q3常通。主桥臂正常开通,在一个开关周期内共有10个开关模态,如图2所示。

2.1.3.3 缓冲溶液pH的优化 本方法考察了不同pH对组分迁移时间和分离效率的影响,见图3。最终确认缓冲液优化pH为8.60。

随着电喷柴油机和电控系统相关技术不断发展,电喷柴油机主机遥控系统的设计与实现提出的功能需求不断演变。下面以MAIN的电喷主机的接口和配套的主机遥控系统实现的功能为例进行分析。

由于辅助桥臂输出零电平,所以低压模式下只分析主桥臂的开关过程。

在进行两年三产高频率繁殖技术的应用过程中,首先要对出生后体重在正常范围内的羔羊进行提前断奶直线育肥的管理,在羔羊出生7d之后开始进行补饲诱食,并且在羔羊日龄达到15d时,在其哺乳的同时对其进行颗粒性代乳料的喂食,直至其日龄达到30d,在此之后,可以在前期饲养的基础上,另其自由采食苜蓿粉,并按照这样的饲养管理养殖,到羔羊日龄达到60d时,对其进行断奶处理,并直线育肥到120d,从而有效的提升羔羊出栏时的体重。

开关模态0,在t0时刻之前Q5和Q6导通,副边二极管D1,D4导通,能量经变压器向副边传递,Q7和Q8关断,两管承受电压均为Uin/2,A点的电压为Uin

开关模态1[t0-t1],t0时刻Q5关断。ip线性下降并给其结电容C7充电,此时,C7两端的电压从0开始线性上升。A点的电压下降为Uin/2,此时箝位二极管D5导通。

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综上所述,在妊娠高血压综合征产妇产后出血护理中实施优质护理,能够有效控制出血量,减少并发症发生,同时,有助于提高生活质量和满意度。

开关模态2[t1-t2],t1时刻开通Q7,此时变压器TX1副边的二级管全部导通,变压器TX1副边和原边电压全部为0,但电流仍从Q6流过。能量不进行传输。

开关模态3[t2-t3],t2时刻关断Q6,主变压器绕组有下正上负的趋势,辅助变压器绕组有上正下负的趋势,箝位二极管D6导通。

开关模态4[t3-t4],t3时刻开通Q8,ip反向线性增加,A点电位为-Uin,副边二极管D2,D3导通,电路开始另半个周期的工作。

  

图2 低压输出模式电路开关状态Fig.2 Circuit switching status in low voltage output mode

1.3 高压输出(辅助桥臂开通)模式

2)两变压器采用级联联结方式,降低了主变压器变比;

式中:Ae为有效磁芯截面积;Aw为窗口面积;I1为原边电流;I2为副边电流;U1为原边电压;U2为副边电压;kw为窗口面积利用系数;BAC为磁感应密度;f为开关频率;kf为波形系数。由于新拓扑的原边电压U1是传统拓扑的2倍,而新拓扑的原边电流I1为传统拓扑的1/2,所以新拓扑主变压器的匝数是传统拓扑的2倍,漆包线的有效截面积是传统拓扑的1/2,两者的AP值是一致的。对辅助变压器而言,其电压为主变压器的一半,所以辅助变压器的AP值是主变压器的一半。

根据AP法设计变压器,有

3)电路在低压输出时占空比高,提高了低压输出时的效率;

开关模态3[t2-t3],在t2时刻关断Q2,Q6,此时主变压器绕组和辅助变压器绕组有下正上负的趋势,箝位二极管 D6,D8导通。

开关模态4[t3-t4],在t3时刻开通Q4,Q8,ip开始反向线性增加,副边二极管D2,D3导通,电路开始另半个周期的工作。

  

图3 高压输出模式电路开关状态Fig.3 Circuit switching status in high voltage output mode

2 器件设计与分析

以传统三电平拓扑为例与新拓扑对比进行器件选型的分析。

1)一次侧开关器件。在高压输出带满载时,本文所提拓扑一次侧的开关管Q1~Q8,二极管D5~D8与传统电路中对应器件流过的电流一致,其所承受的电压也一致。故这些器件的选择设计与传统电路一致,且比传统电路具有的优点是能实现开关器件的电流均流。

2)二次侧器件。二次侧的二极管D5~D8与电感Lo在高压输出带满载时,与传统电路中对应的器件工作状态完全一致,所以这些二极管的选型也是一致的。

3)变压器。假设传统拓扑中主变压器TXt的匝比为Npt:Nst。所提拓扑中主变压器TX1二次侧绕组Ns与传统变压器的Nst承受电压和电流均一致,故两者绕组设计一致。但是,TX1的一次侧绕组Np由于承受电压是传统变压器Npt的2倍,故Np=2 Npt,而Np中流过的电流Ip是Npt流过电流的1/2。当TX1与TXt选择用相同尺寸磁芯时,前者一次侧绕组的损耗是后者的

辅助变压器的TX2的一/二次侧绕组的设计一致,匝数为Npt,电流是传统变压器TXt一次侧绕组的一半,其总绕组损耗是TXt中Np的一半。

开关模态 1[t0-t1],t0时刻 Q1,Q5同时关断。ip线性下降并给其结电容 C3,C7充电,此时,C3,C7两端的电压从0开始线性上升。两变压器电压开始下降,A点的电压下降为Uin/2,此时箝位二极管D5,D7导通。

为载流导体的厚度,m;RT为热阻系数,m2·K/W;ΔT为热传递双方的温差,K。热通道中热量传递与电路中电流回路类似,热量传递时的等值热通道模型遵守类似于电路中的基尔霍夫定律。计算时首先由热电比拟理论按各传热环节的热传递方式,求取热传导、热辐射、热对流对应的热导系数等参数,建立基于热通道的热点温度计算模型,再将热源热量代入该模型求解出断路器内部热点温度。

 

开关模态 0,在 t0时刻之前 Q1,Q2,Q5,Q6导通,副边二极管 D1,D4导通,能量经变压器向副边传递,Q3,Q4,Q7,Q8关断,辅助变压器TX2的副边加在主变压器TX1原边实现增大输出,四管承受电压均为Uin/2。

3 仿真与实验结果

表1为辅助桥臂不开通、辅助桥臂满占空比开通及辅助桥臂半占空比开通3种情况测取的新拓扑电路效率,由表1可得新电路可在全范围内达到高效,最高效率可达93.5%以上,Uin=200 VDC。

  

图4 基于Saber的新拓扑低压、中压、高压输出仿真波形图Fig.4 Simulation output waveform of the low,medium and high voltage of new topology based on Saber

  

图5 新拓扑低压、中压、高压输出波形图Fig.5 Output waveform of the low,medium and high voltage of new topology

为了验证提出的新型双变压器三电平变换器的工作原理,在实验室完成了一台1 500 W的实验样机,其输入电压Uin为 200 VDC,输出电压 Uo为 80~180 VDC,输出电流 Io为 3~10 A,开关管 Q1~Q8均为英飞凌infineon生产的65F6041,两变压器变比K均为1∶1,变压器励磁电感为1.8 mH,漏感为2 μH,变压器磁芯为EE42型,原副边均采用三明治绕法,原副边匝数均为19匝。开关频率为50 kHz,输出滤波电感为480 μH,输出滤波电容为380 μF。图4为采用Saber对所提新电路进行的仿真结果,其中分为辅助桥臂不开通、辅助桥臂满占空比开通及辅助桥臂半占空比开通3种情况,由此对新拓扑进行了初步分析与验证。图5为新拓扑的实验波形,同样根据辅助桥臂不开通、辅助桥臂满占空比开通及辅助桥臂半占空比开通与之对应的3种情况测取了波形,对此进行了实验验证与分析,实验波形和仿真波形一致,与前文理论分析一致,证明了新拓扑的可行性。

 

表1 新拓扑电路效率Tab.1 The efficiency of the new topology

  

Uo/V Pin/W Pout/W η/%168 1 417 1 325 93.52 124 679 623 91.8 82 301 268 89.2

4 结论

提出了一种新型双变压器三电平变换器,具有以下特点及优点:

1)新拓扑有两组并联的三电平桥臂,两桥臂自然均流;

物体集合隐喻既留下了负数问题,也留下了分数问题。在总结物体集合隐喻时,莱考夫说:“对数的这种理解还留下了缺口:它对2减5或2除以3没有给出有意义的描述。”[2]65 而对象建构隐喻则对分数隐喻映射作了说明。

当输出高压时,辅助桥臂开通,但时序上要与主电路的脉冲一致,占空比大小可根据输出的大小给定。在一个开关周期内一共有10个开关模态。为简化分析,下面以主桥臂和辅助桥臂均为满占空比时进行分析,如图3所示。

开关模态2[t1-t2],在t1时刻同时开通Q3,Q7,此时变压器TX1副边的二级管全部导通,变压器TX1,TX2副边和原边电压全部为0,但电流仍从Q2,Q6流过。能量不进行传输。

4)这种电路及变压器连接方式也可以应用在其他软开关电路中,具有很好的推广价值。

分别补充5%葡萄糖和5%脱脂乳作为荷叶发酵的碳、氮源,海氏肠球菌WEHI01和屎肠球菌WEFA23发酵过程中的生物量的测定结果如图1所示,WEHI01和WEFA23的生长周期均为12 h,12~24 h进入稳定期。发酵24 h的荷叶上清对6种常见食源性致病菌的抑制结果如表1所示,可见WEFA23发酵荷叶上清对6种致病菌均有抑制作用,对沙门氏菌、单核增生李斯特菌的抑制作用较佳。而荷叶上清以及WEHI01荷叶发酵上清并无抑菌能力。

参考文献:

[1]杨广浩,嵇保健,洪峰,等.变匝比交错并联三电平正激变换器[J].中国电机工程学报,2017(12):3555-3564.

[2]刘军.变匝比变换器技术的研究[D].南京:南京航空航天大学,2016.

4、各国应通过下述行动表明其致力于加强核安保的信心:参加国际同行评审,宣布核材料总量,承诺自愿共享最佳实践以及支持加强国际原子能机构在核安保领域的作用。

[3]金科,阮新波.复合式全桥三电平LLC谐振变换器[J].中国电机工程学报,2006(3):53-58.

本小节将采用仿真实验对本文所提算法的杂波抑制性能进行验证,并与原有SAR-STAP算法进行比较,实验参数如表2所示。图6给出了两种算法的自适应天线方向图,图中所有曲线均为500次Monte-Carlo实验的平均结果。从图6(a)中可以看出,当α=2时(即高斯杂波背景条件下)两种算法性能基本相同,两条曲线几乎重合,都能够在目标多普勒位置形成高增益,同时在杂波多普勒中心位置形成凹口。而从图6(b)、图6(c)、图6(d)可以看出,随着α的减小,原有算法自适应方向图在杂波中心位置凹口深度明显变浅,杂波抑制性能显著下降,与之相比,无论是在杂波还是信号方向新算法都能获得较为理想的性能。

[4]栗晓华.一种宽输入范围的双桥LLC谐振变换器研究[D].秦皇岛:燕山大学,2016.

[5]周贺,马灵甫,王腾飞,等.变压器并串联结构全桥LLC谐振变换器研究[J].电力电子技术,2016,50(4):54-56.

在单位数据中心和虚拟化时代,由于各采油厂都有庞大的基础设施,所以运维人员划分为数据中心管理员和最终用户两种。到了云计算时代,油田开始整合IT资源,运维人员根据所处的时空不同划分为四种,分别是:云计算中心的设计规划与实施者、云计算中心的管理员、使用云计算的单位管理员和最终用户。各采油厂数据中心管理员或整合成为云计算中心管理员或变成使用云计算的单位管理员,而极少数能参与云计算中心从设计规划到实施。对于最终用户来说,并无太大影响,由于接入带宽的增加,可以在任何时间任何设备接入网络,访问自己的应用资源。

[6]张方华,严仰光.变压器匝比不同的正反激组合式双向DC-DC变换器[J].中国电机工程学报,2005(14):57-61.

[7]袁义生,钟青峰.基于支持向量机的电力电子电路损耗预测[J].华东交通大学学报,2017,34(4):122-127.

[8]CARRASCO J A,GARCIA R,EJEA J B,et al.Parallel power regulation techniques for resonant converters[C]//Cuernavaca:IEEE,IEEE International Power Electronics Congress Technical Proceedings,IEEE,1996:277-281.

[9]CARRASCO J A,ALAN H WEINBERG,ESTEBAN SANCHIS,et al.A conductance-controlled variable transformer turns ratio regulator for a zero-voltage-zero-current power switching converter[J].IEEE Transactions on Power Electronics,1999,14(6):1070-1077.

[10]JOSE M BLANE,AUSIAS GARRIGOS,JOSE A CARRASCO,et al.High-efficiency regulation method for a zero-current and zero-voltage current-fed push-pull converter[J].IEEE Transactions on Power Electronics,2011,26(2):444-452.

[11]LIN B R,CHEN P L,HUANG C L,et al.Analysis of LLC converter with series-parallel connection[C]//Taichung:IEEE,2010 5th IEEE Conference on Industrial Electronics and Applications,IEEE,2010:346-351.

[12]HU CHEN,WU XINKE,FANG Z PENG,et al.A hybrid ZVZCS phase-shift full-bridge converter with series/parallel auto-regulated transformer windings[C]//Orlando:IEEE,2012 Twenty-Seventh Annual IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition(APEC),IEEE,2012:329-334.

缺钾矫正技术:可采用0.5%硝酸钾或硫酸钾、1%-3%草木灰浸出滤液、0.3%-0.5%磷酸二氢钾叶面喷施,5-7天1次, 连续2-3次。每年土施一定量的硫酸钾等钾肥或草木灰等富含钾的农家肥料。钾肥用量为成年树一般株施0.5-1.0千克的硫酸钾。

[13]CHEN HUI,WU XINKE,CHEN HU,et al.A hybrid ZVS full-bridge converter with transformer winding series-parallel auto regulated current double rectifier[C]//Raleigh:IEEE,2012 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition(ECCE),IEEE,2012:2209-2214.

[14]CHEN HUI,WU XINKE,FANG Z PENG,et al.A hybrid push-pull converter with series-parallel structure in the primary windings[C]//Hangzhou:IEEE,2012 IEEE International Symposium on Industrial Electronics,IEEE,2012:58-63.

[15]WU XINKE,CHEN HUI,ZHANG JUNMING,et al.Interleaved phase-shift full-bridge converter with transformer winding se ries-parallel auto regulated(SPAR)current double rectifier[J].IEEE Transactions on Power Electronics,2015,30(9):4864-4873.

B H Jia acknowledges the support from Australian Research Council and Defence Institute Australia.

[16]LIN BORREN,DONG JIAYU.ZVS resonant converter with parallel-series transformer connection[J].IEEE Transactions on Industrial Electronics,2011,58(7):2972-2979.

[17]OUYANG ZIWEI,MICHAEL A E,ANDERSEN,et al.Wide input range power converters using a variable turns ratio transformer[C]//Long Beach,California:IEEE,2016 IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition(APEC),IEEE,2016:2473-2478.

[18]JOSE A CARRASCO,ALAN H WEINBERG,ENRIQUE MASET,et al.A high-efficiency regulation technique for a zero-voltage-zero-current power switching converter[J].IEEE Transactions on Power Electronics,1998,13(4):739-747.

 
袁义生,梅相龙,毛凯翔
《华东交通大学学报》2018年第02期文献

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