基于PCB绕组磁集成变压器的双有源桥DC-DC变换器效率优化及控制研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    51907206
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    24.0万
  • 负责人：
    许国
  • 依托单位：
    中南大学
  • 学科分类：
    E0706.电力电子学
  • 结题年份：
    2022
  • 批准年份：
    2019
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

With the rapid development of electric vehicle related technologies, electric vehicle on-board chargers show a trend of bidirectional power flow, high efficiency and high power transmission. To solve the problems of limited conversion efficiency and power density caused by wide range voltage variation of the electric vehicle battery, this proposal is focused on dual active bridge DC-DC converter used for bidirectional electric vehicle charger, and proposes efficiency optimization and control methods for bidirectional dual active bridge DC-DC converter with PCB-Winding-Based integrated transformers. The researches will be conducted on three aspects including zero voltage switching (ZVS) of the converter, unified power control and PCB-Winding-Based integrated transformers. Firstly, in order to reduce the switching loss, a ZVS method is proposed through modification of the existing topology, studying the soft switching mechanism, and then extracting the common soft switching law. Secondly, to reduce the conduction loss, the unified power control aiming at achieving ZVS and low reactive power is studied based on the power transfer mechanism. Thirdly, to optimize the transformer loss, the PCB-winding-based magnetic integration and loss optimization methods are studied. Finally, it provides theoretical basis and technical solutions for the development of high-efficiency and high-power electric vehicle on-board chargers.
随着电动汽车相关技术的快速发展，电动汽车车载充电机呈现出高效率、高功率以及双向功率传输的趋势。针对蓄电池电压宽范围变化导致车载充电机转换效率、功率密度受限的问题，本项目以应用于双向车载电动汽车充电机的双有源桥DC-DC变换器为研究对象，从变换器的ZVS（Zero Voltage Switching）软开关实现、统一功率控制以及PCB绕组变压器磁集成三个方面开展研究，提出基于PCB绕组磁集成变压器的变换器效率优化及控制方法。为降低器件开关损耗，基于新型拓扑，研究软开关机理，凝练共性规律，提出软开关通用实现方法；为降低器件的导通损耗，从功率传递机理着手，提出实现ZVS和低无功功率的统一功率控制方法；为优化变压器损耗，从PCB绕组磁集成变压器角度，研究多磁性元件的PCB绕组变压器磁集成结构与损耗优化方法。最终，为高效率、高功率双向车载充电机的发展提供理论依据及技术解决方案。

结项摘要

传统的DC-DC变换器由于硬开关、多磁性元件等问题，致使效率和功率密度受限，影响了电动汽车的节能效果。为此，本项目以提高双有源桥DC-DC变换器效率和功率密度为目标，就其中的关键技术问题进行研究。主要的研究成果揭示了辅助电流注入网络对扩宽ZVS范围的有效性，针对传统方法导致ZVS丢失问题，建立了考虑多谐振网络的高精度ZVS模型。根据所提的辅助电感网络概念，提出了一系列新型变换器拓扑结构及其功率控制方法，包括基于辅助电流注入的电流型双有源桥变换器及其电压匹配控制全范围软开关参数设计方法，以及基于辅助电流注入的混合桥双有源桥变换器及其软开关实现方法。在功率控制研究上，为了实现高效率提出了以实现全工作范围ZVS为前提的低电流有效值控制方法，为了避免模式切换带来的系统鲁棒性降低问题，提出了基于电压匹配控制的全工作范围ZVS统一控制方法。为了进一步提升效率和功率密度，从磁路优化着手，分别研究了基于单路和多路耦合电路的双有源桥变换器拓扑的工作机理，并提出了一种基于模块间耦合的新型双有源桥变换器及其可调制电感技术。研究成果解决了传统双有源桥变换器效率低、工作范围受限、功率密度低等问题，拓展了其应用范围，对优化相关产品性能和提高可靠性提供重要的支撑，对节能减排具有重要的理论价值和借鉴意义。

项目成果

期刊论文数量（20）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（4）
专利数量（3）
Design Considerations for PPS Controlled Current-Fed DAB Converter to Achieve Full Load Range ZVS and Low Inductor Current Stress
PPS 控制电流馈送 DAB 转换器实现满负载范围 ZVS 和低电感电流应力的设计注意事项
  • DOI：
    10.1109/tia.2021.3116541
  • 发表时间：
    2021-11
  • 期刊：
    IEEE Transactions on Industry Applications
  • 影响因子：
    4.4
  • 作者：
    Jing Guo;Hua Han;Guo Xu;Cai Zhiqiang;Hui Wang;Yao Sun;Mei Su
  • 通讯作者：
    Mei Su
Isolated Boost Type Resonant Converter with Fixed Frequency PWM and Load Independent Voltage Gain
具有固定频率 PWM 和负载独立电压增益的隔离升压型谐振转换器
  • DOI：
    10.1109/jestpe.2022.3196335
  • 发表时间：
    2022
  • 期刊：
    IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics
  • 影响因子：
    5.5
  • 作者：
    Jingtao Xu;Yao Sun;Guo Xu;Mei Su
  • 通讯作者：
    Mei Su
Coupled Inductor Based Bidirectional Resonant Converter With Sine Wave Modulation in Wide Voltage Range
基于耦合电感的宽电压范围正弦波调制双向谐振变换器
  • DOI：
    10.1109/tpel.2021.3120740
  • 发表时间：
    2022-04
  • 期刊：
    IEEE Transactions on Power Electronics
  • 影响因子：
    6.7
  • 作者：
    Jingtao Xu;Yao Sun;Guo Xu;Mei Su
  • 通讯作者：
    Mei Su
Modulated Coupled Inductor for Input-Serial–Output-Parallel Dual-Active-Bridge Converter
用于输入串行输出并行双有源桥转换器的调制耦合电感器
  • DOI：
    10.1109/tie.2021.3088364
  • 发表时间：
    2022-06
  • 期刊：
    IEEE Transactions on Industrial Electronics
  • 影响因子：
    7.7
  • 作者：
    Xiaoying Chen;Guo Xu;Hua Han;Yao Sun;Yonglu Liu;Mei Su
  • 通讯作者：
    Mei Su
Light-Load Efficiency Enhancement of High-Frequency Dual-Active-Bridge Converter Under SPS Control
SPS 控制下高频双有源桥变换器的轻载效率增强
  • DOI：
    10.1109/tie.2020.3044803
  • 发表时间：
    2021-12
  • 期刊：
    IEEE Transactions on Industrial Electronics
  • 影响因子：
    7.7
  • 作者：
    Xiaoying Chen;Guo Xu;Hua Han;Dong Liu;Yao Sun;Mei Su
  • 通讯作者：
    Mei Su

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其他文献

基于狭缝光栅的自由立体显示器视区模型与计算仿真
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2012
  • 期刊：
    天津大学学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    侯春萍;许国;沈丽丽
  • 通讯作者：
    沈丽丽

其他文献

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许国的其他基金

基于元件复用的宽电压范围双向隔离型组合式DC-DC变换器研究
  • 批准号：
  • 批准年份：
    2022
  • 资助金额：
    54 万元
  • 项目类别：
    面上项目

相似国自然基金

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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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