电流型谐振软开关全桥/半桥变换器拓扑及调制技术研究

Abstract：There exist some problems in the front current-fed isolated DC/DC converter for photovoltaic/fuel cell power conditioning system, such as low utilization of transformer leakage inductance, voltage spikes for the power switches, and difficulties to realization of wide range soft switching, etc. Based on the background, this project research current-fed resonant soft-switching full-bridge/half-bridge converter topologies and modulation techniques. The main research contents includes: 1) Combining secondary resonance technique, research on current-fed resonant isolated converters topologies and its constant frequency control strategy, method of optimized parameter for resonance circuit network ; 2) Utilizing pulse frequency modulation technique, research on current-fed resonant full-bridge/half-bridge converter topologies and optimized method for third-order and multi-resonance circuit network, to analyze characteristics of zero-voltage soft switching, zero current soft switching; 3) put forward current-fed isolated converter topologies with semi-bridgeless rectifiers, to form a theoretical system and design method. Finally, conducting simulation and experimental verification, compare to several topologies and obtain excellent circuit topologies and corresponding applications. Research results will form theoretical information for the current-fed resonant converter topology and its control technology, and promote application for photovoltaics/fuel cells.

摘要：针对光伏/燃料电池功率调节系统前端电流型隔离DC/DC变换器拓扑存在变压器漏感利用率低、开关管电压尖峰以及宽范围软开关技术实现困难等难题，研究电流型谐振软开关全桥/半桥变换器拓扑及调制技术。研究内容主要包括：结合副边谐振技术，开展副边谐振电流型隔离变换器拓扑及定频控制技术、副边多谐振电路网络及参数设计方法的研究；采用脉冲频率调制技术，开展变压器原边全谐振电流型变换器拓扑的研究，提出变压器原边三阶谐振及多阶谐振电路网络及参数设计方法，分析其零电压软开关和零电流软开关特性及实现条件；提出副边准有源整流桥电流型变换器拓扑，形成理论体系及设计方法；进行仿真和实验验证，分析比较各种电流型变换器拓扑，得到优秀的电路拓扑架构及对应的应用场合。研究成果对于形成电流型谐振变换器拓扑及控制技术理论，提升光伏、燃料电池等新能源的功效具有重要价值和研究意义。

针对太阳能、燃料电池、储能系统等组成的直流微网、新能源汽车系统，其中功率调节系统性能的提升往往取决于高效率直直变换器、DC/AC变流器、双向变换器等性能的好坏。燃料电池、光伏电池的宽输出电压特性限制了变换器性能的进一步提升，因此为更好服务于新能源功率调节系统，迫切需要解决宽电压范围软开关技术问题和隔离变换器漏感带来的开关管电压尖峰震荡问题。本项目以此为研究目标，提出了漏感参与谐振的副边谐振技术变换器方案和隔离变换器EMI噪声抑制谐振电路参数网络优化设计方案，实现了副边二极管的零电流关断，通过减小噪声源和增加耦合路径阻抗抑制了功率变换器的EMI噪声干扰传播；同时，提出由二极管和电容组成的无源吸收网络解决了全桥变换器漏感电压尖峰问题，实现了输出端二极管的电压箝位。此外，提出电容串接式全桥电路拓扑方案和采用并网辅助网络全桥变换器复合控制技术方案有效解决了变换器宽范围软开关的技术难题，保证了在全范围电压范围内的高效率转换特性。本项目的研究形成一系列的软开关变换器电路拓扑体系和参数设计方法，所提出的技术方案为光伏、燃料电池等功率调节系统提供可供选择的有效解决方案，对新能源的广泛推广应用具有一定的促进作用和工业价值。