宽增益范围有源整流式隔离升降压变换方法及关键技术

基本信息
批准号:51407092
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:28.00
负责人:吴红飞
学科分类:
依托单位:南京航空航天大学
批准年份:2014
结题年份:2017
起止时间:2015-01-01 - 2017-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:邢岩,刘华吾,陆杨军,秦晓晴,滕国栋
关键词:
拓扑方法直流变换器宽电压增益范围有源升压整流隔离升降压变换器
结项摘要

Wide voltage range isolated power conversion is widely desired in aerocraft, electric vehicle and renewable power systems. The conventional step-down and step-up isolated power converters suffer from high voltage stesses and power losses, and cann’t achieve high conversion efficiency in the whole voltage range. This work will study the wide-range voltage gain isolated step-up/step-down DC-DC converters based on the active-boost-rectifier (ABR) proposed to achieve high efficiency power conversion in a wide voltage/load range. ① Study how to integrate the non-isolated step-up circuits into the high frequency diode-rectifiers to build novel ABRs with intrinsic voltage step-up capability. Then construct wide voltage/load range soft-switching and single-stage power conversion high-efficiency isolated step-up/step-down DC-DC converters. ② To extend the range of voltage gain, decrease the stresses on devices and increase conversion efficiency, research on the method for series-parallel combination and optimization of multiple ABRs and build novel wide-range voltage gain isolated step-up/step-down DC-DC converters for high power applications. ③ Aiming to improve conversion efficiency and achieve soft-switching, research on the optimized modulation strategies and parameters design method for the proposed ABR-based isolated DC-DC converters. Invent and implement a family of high performance ABR-based wide-range voltage gain isolated step-up/step-down DC-DC converters. This work will come to a systematical theory and technology for ABR-based wide-range voltage gain isolated DC-DC converters with high efficiency power conversion, and also providing theory and techonology supports for the advanced aerospace power systems and other related power systems.

宽电压范围隔离功率变换在航天器、电动汽车、可再生能源等电源系统中具有广泛的应用需求。拟提出并研究基于有源升压整流单元的宽电压增益范围隔离升降压变换器,以解决传统降压型或升压型隔离变换器在宽增益范围场合应用时存在的应力高、损耗大、难以实现全范围高效变换等问题。①研究如何将各类非隔离升压电路与高频二极管整流电路集成,形成具有内在升压能力的有源升压整流单元,并以此构造宽电压/负载范围软开关且单级变换的隔离升降压变换器;②提出有源升压整流单元串并联优化生成组合单元的方法及相应的变换器拓扑,以扩展增益范围、降低应力并提高效率,适应较大功率应用;③研究以软开关、高效率为目标的控制策略和参数优化设计准则等关键技术,发明并实现高性能宽增益范围隔离升降压变换器拓扑族。研究结果将形成一类宽增益范围高效隔离变换的系统理论、拓扑优化方法和应用关键技术,为航天供电等先进功率变换系统提供可选解决方案和关键技术支撑。

项目摘要

宽电压范围隔离功率变换在航天器、电动汽车、可再生能源等电源系统中具有广泛的应用需求,传统隔离型升压或降压型直流变换器很难同时兼顾电压调节范围、最佳工作点效率和全电压范围变换效率。本项目提出并系统研究了基于有源升压整流单元的宽电压增益范围隔离升降压变换方法、电路拓扑、控制及其应用技术。①系统提出了有源升压整流单元的构造方法,并以此构造了宽电压/负载范围软开关隔离升降压变换器;②提出了有源升压整流单元串并联优化生成组合单元的方法及相应的变换器拓扑;③研究了以软开关、高效率为目标的控制策略和参数优化设计准则等关键技术,发明并实现高性能宽增益范围隔离升降压变换器拓扑族;④将有源升压整流的概念和方法拓展应用于定频谐振变换器、多端口变流器以及单级隔离交直流变换器等技术领域,系统提出了基于有源升压整流单元及其优化移相控制策略的定频/窄变频谐振变换技术、多端口直流变换技术及其串并联组合系统、单级隔离交直流变换技术等关键技术解决方案。研究结果形成了一类宽增益范围高效隔离变换的系统理论、拓扑优化方法和应用关键技术,为航天供电、电动汽车、可再生能源等系统中的先进功率变换系统提供了可选解决方案和关键技术支撑。研究成果累计发表论文32篇,其中SCI论文20篇、重要核心期刊论文3篇;申请国家发明专利14项、已授权9项;课题负责人第一完成人通过国防科技成果鉴定1项、获得教育部自然科学奖1项、国防技术发明三等奖1项,并入选江苏省“青蓝工程”、“六大人才高峰”等人才工程,入选南京航空航天大学首批长空学者、南京航空航天大学青年学者创新奖等。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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