蓄电池放电维护用直流变换器研究

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在可再生能源的开发利用中,以蓄电池为核心的低压储能环节具有输出电压范围宽的特点。在生产生活中大量蓄电池的使用伴随着电池维护与能量循环利用等问题。在维护过程中,将电池中的电能进行转换后可实现能量的二次利用,达到节能环保的效果。其中以LLC为代表的隔离谐振型直流变换器广泛地应用于各类供电系统中。但当输入电压或者负载范围较宽时,若采用PFM控制方式,较大的频率调节范围将会不可避免的降低变换器效率。针对储能系统中低电压等级宽输入范围的应用场合,将传统谐振变换器的谐振网络置于高压输出侧,把倍压电容替换为谐振电容,构成倍压谐振整流结构。通过改变副边双向开关管占空比大小或者原边全桥开关网络的有效功率传输占空比来调节变换器的输出增益。在充分利用谐振变换器优势的同时避免了宽频率调节范围的缺点,提高了整机效率。在分析电路拓扑各个工作原理的基础上,运用状态平面法与时域分析法得到了变换器的基本特性。
  基于上述在低压宽范围储能系统中所应用的拓扑结构,改进并提出一种具有升压环节的谐振网络分列变压器两侧的高增益隔离型谐振变换器。将传统变换器谐振网络中的谐振电感置于高压侧,谐振电容置于低压侧。同样在二次侧的倍压整流结构中加入一组双向开关管,与谐振电感构成升压环节。通过改变副边双向开关管占空比大小和原边开关管的开关频率来共同调节变换器的输出增益。在利用谐振型变换器高效率优势的同时也减小了宽频率调节范围带来的的缺点,采用PWM与PFM控制模式相结合的方法,进一步提高变换器的输入范围并优化整机效率。在分析电路拓扑各个工作原理的基础上,采用基波分析法对变换器进行等效建模,对该拓扑结构的稳态特性进行了详细分析。在经过PSIM仿真软件对上述两种拓扑结构进行时域仿真后,制作了功率为500W的实验样机,样机的实验波形验证了两种拓扑结构的可行性与优越性。
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