带功率解耦模块H桥变换器的热分析与仿真验证开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

单相电力变换器交流侧（直流侧）与直流侧（交流侧）瞬时功率不平衡，交流侧含有两倍工频的脉动功率，辐射到直流侧形成两倍频率纹波。电解电容被广泛应用于ac/dc(dc/ac)场合平衡交流侧与直流侧瞬时功率实现功率解耦。由于电解电容可靠性差、寿命短，在单相电力变换系统中，模块化功率解耦技术因其较高的可靠性，正逐步取代电解电容。因此，对带功率解耦模块的h桥逆变器进行热分析，得到器件的功率损耗、温度与可靠性，对电力电子行业发展具有重大意义。

由于逆变器输出瞬时功率为正弦量的平方，故在单相逆变器直流侧存在两倍输出频率的纹波电流。这样的纹波电流会影响逆变器系统各个方面，如：造成系统浪费，缩短燃料电池系统的使用寿命[1,2]，影响光伏系统的mppt工作点等。抑制纹波电流的方法可以分为两类，第一种是在直流侧进行脉动功率补偿：1）在直流侧加大电容（如图一）对脉动功率进行补偿来保持输入功率的稳定和减少低频纹波电流，但是增加了系统的尺寸和成本；2）采用两级变换器，电解电容采用主动的控制方法，在两级变换器的中间直流侧补偿脉动功率[3]，但是电解电容器的电压波动会缩小带宽，而且单相逆变器的动态特性较差；3）在直流侧采用双向直流dc-dc变换器来补偿脉动功率，该系统具有快速的动态响应，而且还带有额外的有源滤波器。第二种是在交流侧进行脉动功率补偿：在单相差动升压逆变器的交流侧通过控制输出电容的电压波形[4]，而不需要额外的元件，以此来进行脉动功率补偿，在这种方法中，效率，动态响应和成本均表现不错。但是却在输入电流中引入了4倍频输出电压的纹波电流，而且输出电容电压的直流偏置会产生回路损耗，而且这种方法很大程度上依赖于差动升压逆变器的拓扑结构。参考[5]，提出了一种新的脉冲宽度调制（脉宽调制）整流器，可以减小直流输入侧的纹波电流，而脉动功率的补偿在交流侧。然而，交流侧电容器具有直流偏置电压，这将导致环路损耗。

图一

2. 研究的基本内容与方案

电力电子器件热分析是当今电力电子技术研究的一个重要发展方向，尤其是随着大功率器件电路应用越来越广泛，器件的热分析显得非常重要，是当今的一个研究热点。PLECS是一款用于电路和控制结合的多功能仿真软件，由瑞士PLEXIMGmbH公司开发，非常适用于电力电子和传动系统仿真分析。PLECS以其准确快速的性能、友好的操作界面、独特的热分析功能、C语言控制器和诸多强大的波形分析工具等众多优势，成为当今电力电子工程师追捧的一款仿真软件

本文借助于PLECS的热模块对带功率解耦模块的H桥逆变器热分析，与理论分析和公式推导计算结果作比较。

3. 研究计划与安排

1. 第5-7周，带功率解耦模块的h桥变换器进行热分析理论推导和计算；

2. 第8-12周，在plecs软件中搭建带功率解耦模块的h桥变换器仿真电路，进行热仿真验证。

3. 第13周，主要进行热分析理论推导和计算结果与实验仿真结果的比较分析；

4. 参考文献（12篇以上）

[1] g. fontes, c. turpin, r. saisset, t. meynard,and s. astier,“interactions between fuel cells and power converters influence of currentharmonics on a fuel cell stack,” ieee transactions on power electronics, vol.22, no. 2, pp. 670–678, march 2007.

[2] r. ferrero, m. marracci, and b. tellini,“single pem fuel cell analysis for the evaluation of current ripple effects,” ieee transactions on instrumentation andmeasurement, vol. 62, no. 5, pp. 1058–1064, may2013.

[3] c. liu and j. s. lai, “low frequency currentripple reduction technique with active control in a fuel cell power system withinverter load,” ieee transactions on power electronics, vol. 22, no. 4,pp.1429–1436, july 2007.