高压多电平双向DC-DC变换器文献综述
高压多电平双向DC-DC变换器文献综述
一、 前言
本次文献调研的主题为高压多电平双向DC-DC变换器。下载到的文献中与该主题相关的有10篇，完全符合该主题的文献有参考文献[1][2][3][4]，其它6篇文献则侧重于高压和双向这两个关键词。以下是文献调研的主要内容。
二、 主要内容
文献[1] [2]介绍了一种电容箝位的模块化多电平双向DC-DC变换器。该变换器由5个独立的模块级联而成，每个模块由三个MOS管和一个箝位电容组成，如下图所示。通过控制每个模块中MOS管的通断可以使每个模块运行在正常工作和旁路状态，选定不同模块的工作状态可以实现不同电平的输出，并且可以使输入输出电压的比值不同。从每个模块的电路结构可以看出，能量可以实现双向流动。从下图1可以看出整个电路中没有像常规的DC-DC变换器那样使用电感作为储能装置，这种无感设计的原则提高了装置的效率和可靠性。
本文中作者的实验装置功率为5kW，电平数为6。当输入电压为250V，负载为1.76Ω时，装置效率达到了95.1%。
图1. 电容箝位的模块化多电平双向DC-DC变换器
文献[3]介绍的电容箝位的模块化多电平双向DC-DC变换器与上文介绍的拓扑结构一样。文中详细分析了该电路的不同工作状态和等效电路图，该拓扑相比传统的飞跨电容型多电平变换器可以减少开关管的数量和电容耐压等级。
文献[4]介绍的模块化多电平双向DC-DC变换器的拓扑结构类似于测井变频电源的拓扑结构，它的每个模块拓扑为移相全桥电路，整个变换器由模块的输入并联输出串联组合而成，如下图2所示。之所以采用这样的拓扑是与作者研究的方向——波浪能发电有关。
在文中，作者着重叙述了梯形载波的控制方法与三角载波控制方法的不同，提出了梯形载波控制方法能够提高装置的效率。梯形载波控制方法中的开关频率是通过迭代的算法计算得到的。该方法最大的优点是根据实际的功率需求情况，依据装置的效率曲线来决定每个模块是处于并联工作状态还是旁路工作状态。在文中作者通过两模块的实验来证明梯形载波控制方法能够使装置运行在最大效率点处。
图2. 模块化多电平双向DC-DC变换器
文献[5]介绍了一种高压双向单端反激变换器，该拓扑结构如下图3所示。
图3. 高压双向单端反激变换器
在充电模式下开关频率是变化的，在放电模式下开关频率是固定的。这种拓扑结构主要应用在容性负载的机械传动装置中进行供电。该装置的特点是可以实现宽范围的电压输出和高的效率。
文献[6]介绍的双向DC-DC变换器主要应用在储能系统中，主电路拓扑如下图4所示。该拓扑分为5个部分，低压电路、箝位电路、中压电路、升降压电路和高压电路5个部分。该拓扑最主要的特点是使用的开关器件较少，采用3个开关管就能实现能量的双向流动。在保证耦合电感匝数相对较少的情况下依然能实现较高的电压增益和效率。由于耦合电感的使用，当电路处于升压状态时开关管的电压应力与输入电压没有直接的关系，这使得对于不同的电压等级的电池作为
输入电源时该电路依然可以使用。
图4.储能系统中的双向DC-DC变换器
文献[7]介绍的高压双向DC-DC变换器应用在电力机车（3kV，1.5kV和0.75kV）当中，其主电路拓扑结构如下图5所示。
图5.电力机车中的高压双向DC-DC变换器
相比现在的单相多电平中点箝位的DC-DC变换器，该变换器对于箝位二极管和电容的耐压等级要求较低，这样可以降低装置的成本和体积。图中是一个4单元模块的变换器，根据实际使用需求还可以增加模块的数量。
文献[8]介绍的高压DC-DC变换器拓扑结构如下图6所示，该拓扑结构具有以下特点：一、由于DC-AC部分采用三模块串联而成，因此开关管电压应力为输入电压的三分之一，可选择低耐压等级的开关管，且可减小导通损耗；二、采用的软开关技术可以减小开关损耗；三、因为变压器的使用，装置输出电流增加3倍，增大了装置的功率等级。
本文作者的试验装置额定参数为4.5kW，输入1000V，输出48V。
图6.文献[8]主电路拓扑图
文献[9]介绍的高压DC-DC变换器拓扑结构如下图7所示。从拓扑可以看出变压器原边主电路组成其实可以为4个全桥谐振变换器，这是个全桥谐振变换器的谐振电容的容值是从大到小，因此这4个全桥谐振变换器是单独受控的。因为不同的谐振电容容值，所以每个全桥谐振变换器的输出电压不同，通过控制每个全桥谐振变换器的工作时间可以在变压器输出侧得到16种电压值。这里开关管的通断是依据不同的功率需求来确定的。如果将每个全桥谐振变换器的输出电压值定为A、B、C和D，那么依据功率等级不同，在16个功率等级下4个全桥谐振变换器的工作情况如下表1所示。
图7. 文献[9]主电路拓扑图
表1.不同功率等级下各谐振变换器工作状态表
在仿真中，在40kHz下该拓扑的输出电压可接近20kV。
文献[10]介绍的是一种多相级联DC-DC变换器，其拓扑结构如下图8所示。该拓扑的运行方式与模块化多电平变换器类似，但是在本拓扑中交流电压和电流只是用来对功率进行重新分配。
对于不同的直流输入电压和模块采用半桥还是全桥，作者分析了相位控制的不同特征。
图8. 多相级联DC-DC变换器
参考文献:
[1]. A 5-kW bi-directional multilevel modular DC-DC converter(MMCCC) featuring built in power
management for fuel cell and hybrid electric automobiles.
[2]. Bi-directional power management and fault tolerant feature in a 5-kW multilevel DC-DC
converter with modular architecture.
[3]. A multilevel DC-DC converter with high voltage gain and reduced component rating and count.
[4]. Bidirectional modular multilevel DC-DC converter control and efficiency improvements through
separate module control method.
[5]. High voltage bi-directional flyback converter for capacitive actuator.
[6]. High-efficiency bidirectional DC-DC converter with high-voltage gain.
[7]. High-voltage bi-directional DC-DC converter for advanced electrical locomotives.
[8]. A high-voltage DC-DC converter with low-voltage stress and output current tripler.
[9]. A multi power band high voltage DC-DC converter.
[10]. The polyphase cascaded-cell DC-DC converter.
模块化多电平高压直流输电综述
模块化多电平换流器型高压直流输电综述
0引言：
现代电力电子技术的发展，使直流输电又一次登上历史舞台，与交流输电并驾齐驱。1954年，世界上第一条工业性的高压直流输电系统投入运营，从此，直流输电技术在海底电缆送电、远距离大功率输电、不同频率或相同频率交流系统之间的联结等场合得到了广泛地应用。IGBT、GTO 的出现，促使了VSC-HVDC和MMC-HVDC的产生，成为直流输电技术的一次重大变革。
MMC-HVDC（modular multilevel converter-high voltage DC
transmission）是新一代直流输电技术，发展非常迅速。它具有高度模块化、易于扩展、输出电压波形好等特点，尤其适用于中高压大功率系统应用。本文首先介绍MMC的电路拓扑和工作原理，总结MMC的主要技术特点；然后分别回顾MMC在电容电压平衡、环流、控制策略、故障保护等关键问题的最新研究进展，最后指出MMC今后亟待研究的关键问题。相关研究结果表明，MMC在电力系统中有广泛的应用前景,是未来中高压大功率系统,尤其是高压输电技术的重要发展方向。
1正文：
传统两电平电压源型变换器，在电机传动、新能源并网、开关电源等工业生产领域的应用十分广泛。但在高压大功率领域的应用中，为解决功率开关器件的耐压问题，通常通过工频变压器接入高压电网，笨重的工频变压器大大增加了电力电子变换装置的体积和成本，限制了系统效率。鉴于现有传统多电平变换器在较高应用电压等级、有功功率传输场合等方面存在的不足，德国学者 Marquardt R.及其合作者提出了基于级联结构的模块组合多电平变换器(modular
multilevel converter，MMC)的拓扑。
现将传统直流输电、电压源换流器型直流输电(VSC-HVDC)和MMC-HVDC三种直流输电方式的特点列表如下。
1.1 MMC拓扑结构和基本原理
拓扑结构如图 1 所示，可以看出其为桥型拓扑结构，上下桥臂各串联n个子模块并通过电抗器与交流电源相连。MMC子模块结构如图2所示。子模块由2个IGBT 构成的半桥、2个反并联二极管和一个直流储能电容器组成，每个子模块都是一个两端元件，可以在 2 种方向电流的情况下通过开关实现在全模块电压和 0 电压之间转换，根据电流的方向不同，可以实现电容的充、放电。
《2024年基于LLC谐振的双向全桥DC-DC变换器的研究》范文
《基于LLC谐振的双向全桥DC-DC变换器的研究》篇一
一、引言
随着电力电子技术的不断发展，DC-DC变换器作为电力转换的核心设备，其性能的优劣直接影响到整个系统的运行效率和稳定性。近年来，基于LLC（L-C-L）谐振的双向全桥DC-DC变换器因其高效率、低损耗、宽电压范围等优点，在新能源、电动汽车、储能系统等领域得到了广泛的应用。本文旨在研究基于LLC谐振的双向全桥DC-DC变换器的原理、设计及优化方法，为实际应用提供理论依据。
二、LLC谐振变换器的基本原理
LLC谐振变换器是一种采用谐振原理进行能量传递的DC-DC变换器。其基本结构包括输入电源、全桥逆变电路、谐振腔（包括L1、L2、C）和输出整流电路。当开关管工作时，通过控制开关管的通断，使逆变电路输出高频方波电压，与谐振腔中的电感、电容发生谐振，从而实现能量的传递和转换。
三、双向全桥DC-DC变换器的设计
双向全桥DC-DC变换器是在LLC谐振变换器的基础上，增加了反向能量传输的功能。其设计主要涉及到主电路参数的设计、控制策略的制定以及驱动电路的设计等方面。
1. 主电路参数设计：主要包括输入电压范围、输出电压范围、功率等级等参数的确定，以及谐振腔中电感、电容的选取和计算。 2. 控制策略的制定：针对双向全桥DC-DC变换器的特点，制定合适的控制策略，如移相控制、PWM控制等，以实现能量的高效传输和系统的稳定运行。
3. 驱动电路的设计：为了保证开关管的正常工作，需要设计合适的驱动电路，包括驱动电源的选择、驱动电路的拓扑结构等。
四、优化方法及性能分析
针对基于LLC谐振的双向全桥DC-DC变换器，可以从以下几个方面进行优化：
1. 优化谐振腔的设计：通过调整电感、电容的参数，使系统在更宽的输入电压范围内实现谐振，从而提高系统的效率和稳定性。
2. 改进控制策略：根据实际需求，采用更先进的控制策略，如数字控制、智能控制等，以提高系统的动态响应速度和精度。
双向DC-DC变换器拓扑结构综述
双向DC-DC变换器拓扑结构综述
陈亚爱;梁新宇;周京华
【摘 要】基于国内外对双向DC-DC变换器的研究成果,简述了各种拓扑结构的基本组成,系统地分析了它们的工作原理,总结了优缺点和异同点,进而对双向DC-DC变换器拓扑结构的分类方法重新进行了界定,为展开奠定了根基.然后指出了现有拓扑结构适用场合和存在的问题,并在此基础上为研究新型拓扑结构提出了建议,同时也为工程应用提供参考.%Based on domestic and foreign research
achievements on the bidirectional DC-DC converter,this paperdescribes
briefly basic composition of various topological structures,analyzes their
working principlessystematically,and summarizes their advantages and
disadvantages as well as similarities and differences.Then,itredefines
classification methods for topological structures of the bidirectional DC-DC
converter,thus laying afoundation for further development.Furthermore,it
points out suitable applications and existing problems of existing
topological structures,and makes suggestions for further study on new
topological structures,thus providingreference for engineering application.
高频隔离三电平双向DCDC变换器的研究
高频隔离三电平双向DCDC变换器的研究
1. 本文概述
随着现代电力电子技术的发展，高频隔离三电平双向DCDC变换器因其高效率、高功率密度以及良好的隔离性能，在可再生能源系统、电动汽车、不间断电源（UPS）等领域得到了广泛应用。本文旨在深入研究和分析高频隔离三电平双向DCDC变换器的工作原理、控制策略、性能优化及其在实际应用中的挑战和解决方案。
本文将详细阐述高频隔离三电平双向DCDC变换器的基本结构和工作原理，包括其主要组成部分的功能和相互关系。接着，将探讨变换器在不同工作模式下的性能特点，以及影响其性能的关键因素。
在控制策略方面，本文将重点分析各种控制算法，如相移控制、频率控制等，并评估它们在实际应用中的效果。同时，还将探讨变换器在不同工况下的动态响应和稳定性问题。
性能优化是本文的另一个研究重点。通过对变换器的设计参数进行优化，如开关频率、电感值、电容值等，旨在提高变换器的整体效率和功率密度。本文还将研究变换器的热管理和电磁兼容性（EMC）问题，以期为实际应用提供参考。
本文将讨论高频隔离三电平双向DCDC变换器在实际应用中面临的挑战，如器件选择、成本控制、系统集成等，并提出相应的解决方案。通过这些研究，本文旨在为高频隔离三电平双向DCDC变换器的设计和应用提供理论指导和实践参考。
2. 三电平双向变换器的基本原理
三电平双向DCDC变换器，作为一种高效的电力电子装置，其主要工作原理基于电平的控制和能量转换。该变换器通过控制开关元件的通断，实现输入端与输出端之间的能量传递和电压转换。三电平变换器的核心是其独特的输出波形，它能够在输出端产生三个不同的电平，即高电平、低电平和零电平，从而有效减少电压和电流的谐波含量，提高变换效率。
双向变换器的一个重要特性是能够实现能量的双向流动。这意味着它不仅可以将能量从输入端传递到输出端（正向工作模式），还可以在需要时将能量从输出端传递回输入端（反向工作模式）。这种双向能量流动机制使得变换器在多种应用场景中具有极高的灵活性和效率，例如在可再生能源系统中，可以根据能量需求调整能量的流向。
DC-DC变换器主要技术的发展综述
1 DC-DC变换器主要技术的发展综述
王学梅，张波, 丘东元
（华南理工大学电力学院，广东省 广州市 510640）
Review on the Development of DC-DC Converters
Wang Xuemei Zhang Bo Qiu Dongyuan
South China University of Technology, Guangzhou， 510640， China
摘要:近二十年来，随着功率开关器件的发展，DC-DC变换器的拓扑和变换技术取得了很大的成就.本文对DC-DC变换器中的主要技术软开关、同步整流、移相PWM技术和多电平技术的发展与现状进行了综述，并讨论了变换器未来的发展趋势。
关键词:PWM 软开关 同步整流 多电平
Abstract DC—DC converters topologies and techniques have made a great achievement along with the power devices
development in the recent twenty years。 This paper reviews the main techniques of DC—DC converters， which are soft switching
technique, synchronous rectification， shift—phase PWM and multi—level technique. At last， the trends and future of the DC-DC
converters have been discussed。
Keywords Soft switching， Synchronous rectification， Shift-phase PWM， Multi-level
电力电子变压器中双有源桥DCDC变换器的研究
电力电子变压器中双有源桥DCDC变换器的研究
一、本文概述
随着可再生能源和分布式发电系统的快速发展，电力电子变压器（Power Electronic Transformer, PET）在智能电网和微电网中扮演着越来越重要的角色。作为PET的核心组成部分，双有源桥DCDC变换器（Dual Active Bridge, DAB）因其高效率、高功率密度和良好的动态响应特性而备受关注。本文旨在对电力电子变压器中的双有源桥DCDC变换器进行深入研究，探讨其工作原理、控制策略、优化设计及实际应用中的关键问题。
本文首先介绍电力电子变压器的基本概念和特点，阐述其在现代电力系统中的重要作用。随后，重点分析双有源桥DCDC变换器的拓扑结构和工作原理，探讨其与传统DCDC变换器的区别和优势。在此基础上，研究DAB变换器的控制策略，包括移相控制、电压控制等，并分析不同控制策略下的性能和特点。
本文还将关注DAB变换器的优化设计，包括参数选择、损耗分析、热设计等方面。通过理论分析和实验验证，提出有效的优化方法，提高DAB变换器的效率和可靠性。本文还将探讨DAB变换器在电力电子变压器中的实际应用，包括并网逆变器、储能系统、微电网等领域，分析其在实际运行中的性能和面临的挑战。 本文的研究成果将为电力电子变压器的设计和应用提供有益的参考，推动智能电网和分布式发电系统的发展。
二、双有源桥DCDC变换器的基本原理
双有源桥（Dual Active Bridge, DAB）DCDC变换器是一种基于移相控制的双向DC-DC变换器，其基本原理是通过控制两个全桥逆变器的移相角，实现两个直流电源之间的功率传输和电压变换。
DAB变换器由两个全桥逆变器和一个高频变压器组成，每个全桥逆变器由四个开关管构成，可以独立地控制电流的流向。高频变压器用于实现两个直流电源之间的电气隔离，同时传递功率。
DAB变换器的工作过程可以分为两个阶段：正向传输和反向传输。在正向传输阶段，功率从高压侧传输到低压侧；在反向传输阶段，功率从低压侧传输到高压侧。通过改变两个全桥逆变器的移相角，可以控制功率的传输方向和大小。
双向DC—DC变换器的拓扑研究
双向DC—DC变换器的拓扑研究
双向DC-DC变换器在新能源分布式发电系统、固态变压器、新能源汽车等领域中有着广泛的应用前景。基于LLC电路的双向DC-DC变换器是一种高效的拓扑，拥有较宽的输入范围和软开关、效率高等优点。基于双向DC-DC变换器，文章对目前广泛研究的三种拓扑结构进行了简要介绍、并最终以双向全桥LLC谐振变换器作为研究对象，并对其工作原理和基波情况进行了分析研究。
标签：双向DC-DC变换器；双向全桥LLC谐振变换器；基波
引言
为了实现可持续发展，减少能源开发对环境的影响，新能源发电是一大趋势。随着国家政策的导向，新能源产业的大力發展，电力电子技术与电网的联系越来越紧密，其将在新能源领域扮演重要角色。其中直-直变换在各个领域得到了广泛的应用，而近些年来，能控制电能双向流动的双向DC-DC变化器越来越受到重视。
由于光伏和风能这些自然能源的产生具有不确定性、间歇性等特点，对发电系统的稳定性、可靠性影响较大。为解决此问题，需要通过储能系统来向电网并网。储能系统要求能控制能量双向流动，而双向DC-DC变换器是该设备中保证电能双向传递的关键部分。
1 双向DC-DC变换器的拓扑
当今双向DC-DC变换技术的主要研究方向是能够实现电流可以在开关管中进行正向和反向的流动，能够尽可能的利用开关管，使得电路的更加简单，采用的拓扑开关管能够实现软开关，降低开关管的损耗。符合以上要求，且现今被广泛研究的双向DC-DC拓扑结构有如下几种：
1.1 双有源桥谐振变换器（DAB）
该拓扑结构由于结构简单、软开关范围大、效率高等特点，在一些大功率场合得到了广泛的研究应用[1]，其拓扑结构如图1所示。这种拓扑虽能实现双向的能量流动，但在实际应用中却受到限制，由于其较高的能量环流和较大的关断电流导致了产生过大的开关损耗，效率极大降低。
1.2 双桥式串联谐振变换器（DBSRC）
图2所示是双桥式串联谐振电路的拓扑结构。在其变压器的副边把串联谐振变换器的二极管换成是MOSFET或者IGBT，改变以后使得能量能够进行双向的流动。当能量正向流动时，原边工作在串联谐振模式，副边工作在同步整流状态；能量反向流动时，副边的开关网络和原边谐振槽工作在串联谐振模式，原边开关
双向DCDC变换器的研究
双向DCDC变换器的研究
一、本文概述
随着能源科技的不断进步和可再生能源的日益普及，电力电子技术在能源转换和管理中发挥着越来越重要的作用。双向DC-DC变换器作为一种重要的电力电子设备，具有在宽范围内调节电压、实现能量的双向流动以及高效率的能量转换等特点，因此在电动汽车、储能系统、微电网等领域具有广泛的应用前景。本文旨在对双向DC-DC变换器进行深入研究，分析其工作原理、拓扑结构、控制策略以及优化方法，以期为该领域的发展提供理论支持和实践指导。
本文将介绍双向DC-DC变换器的基本概念和分类，阐述其在不同应用场景中的重要作用。接着，将重点分析几种典型的双向DC-DC变换器拓扑结构，包括其工作原理、性能特点以及适用场景。在此基础上，本文将探讨双向DC-DC变换器的控制策略，包括传统的控制方法和现代的控制算法，分析各自的优缺点，并提出改进和优化方法。
本文还将关注双向DC-DC变换器的效率优化问题，研究如何通过降低损耗、提高转换效率来实现更高效的能量转换。还将探讨双向DC-DC变换器在实际应用中面临的挑战和问题，如电磁干扰、热管理、可靠性等，并提出相应的解决方案。
本文将总结双向DC-DC变换器的研究现状和发展趋势，展望未来的研究方向和应用前景。通过本文的研究，期望能够为双向DC-DC变换器的设计、优化和应用提供有益的参考和启示。
二、双向DCDC变换器的基本原理与结构
双向DC-DC变换器，又称为双向直流转换器或可逆DC-DC变换器，是一种特殊的电力电子装置，它能够在两个方向上进行电压和电流的转换。这种转换器不仅可以像传统的DC-DC变换器那样将一个直流电压转换为另一个直流电压，而且还可以在两个方向上进行这种转换，即既可以实现升压也可以实现降压。
双向DC-DC变换器的基本原理基于电力电子转换技术，主要利用开关管和相应的控制策略，实现电源和负载之间的能量转换。其核心部分包括开关管、滤波器、变压器以及相应的控制电路。开关管通过快速开关动作，将直流电压转换为高频脉冲电压，然后通过变压器改变电压等级，最后通过滤波器滤除高频成分，得到所需的直流输出电压。
双向DC-DC变换电源论文
苏州大学本科生毕业设计（论文）
第 1 页 双向DC-DC变换电源研究
苏州大学 应用技术学院 电子信息科学与技术（学号1216405027）沈晖
目录
前 言 ...................................................... 4
第1章 理论分析及总体方案 ................................... 5
第1.1节 总体框架 ............................................ 5
第1.2节 方案比较 ............................................ 6
第1.3节 整体方案综述 ........................................ 9
第2章 系统硬件电路设计 .................................... 10
第2.1节 双向DC-DC变换电源电路设计 ......................... 10
第2.2节 Boost升压电路设计 ................................. 12
第2.3节 同步整流Buck电路设计 .............................. 13
第2.4节 电流检测电路设计 ................................... 14
第3章 系统软件设计 ........................................ 16
第3.1节 DAC程序设计 ....................................... 16
第3.2节 电流检测程序设计 ................................... 17
第3.3节 显示程序设计 ....................................... 18
双向DCDC变换器研究
双向DCDC变换器研究
一、引言
随着能源和电力行业的发展，人们对电能质量和能源使用效率的要求越来越高，对双向DCDC（双向低压直流-高压直流）变换器的研究也越来越多。双向DCDC变换器可以将低压直流电源转换为高压直流电源，或者将高压直流电源转换为低压直流电源，有效提高电力系统的能源利用效率，减少能源损耗，从而满足电能质量改善和能源技术的发展需求。
二、双向DCDC变换器（Bidirectional DC/DC Converter）
双向DCDC变换器是将低压直流电源转换为高压直流电源的电子器件。它利用半导体及其辅助电路来模拟正反变换过程，实现低压直流电源和高压直流电源之间的互换。它是一种双向转换器，可以同时完成正反转换，主要用于电能质量技术方面的发展，如智能电网及新能源等应用。
三、双向DCDC变换器的调整
1、调节输出电压
调节输出电压的关键是控制反向电路的转换效率和输出电流，包括误差放大器，比较器，调节电阻，芯片等等。