高频变压器在PEMFC变换系统中的设计研究

高频变压器在PEMFC变换系统中的设计研究

       (9)计算AcAw的值，取窗口的占空系数Kw=0．4，Kf=4．0(方波)：

       (13)计算次级绕组匝数每匝电压系数为50／5=10，次级的输出电压为380 V，变压器次级绕组电压应为380／(0．4×2)=475 V，二极管电压很小可以忽略，这时次级绕组应为N2=475／10=47．5，取整数48匝。

3 高频变压器的仿真研究

       利用Matlab软件的Simtdink平台，依据图3建立相应的仿真电路，对设计的高频变压器进行仿真研究。输入电源为实验室建立的PEMFC发电机模型，高频逆变桥采用四个IGBT／Diodes搭接而成，并采用默认参数；高频整流桥采用Diodes结构，并采用默认参数；高频变压器参数按照第4．2节设计进行设置。图4给出了高频变压器初次级电压、DC／DC变换器输出电压的仿真结果。

       从波形图4(a)和(b)可以看出，高频变压器初次级电压均能达到要求，但电压波形的毛刺较大，产生了振荡。从波形图4(c)和(d)可以看出，DC／DC变换器输出电压在突加负载时略有跌落，突减负载时略有上升，但一个周期后即可回复到正常状态。

4 高频变压器的实验验证

       DC／DC变换器后带3 kW负载，图5为带载时高频变压器初级侧电压波形和次级侧电压波形。对于图5(a)，示波器为衰减2倍档，纵坐标电压每小格为4 V，横坐标每小格为25μs，经测量其正方向幅值约为49 V，其负方向44 V；对于图5(b)次级侧电压波形，示波器为衰减10倍档，纵坐标电压每小格为50 V，横坐标每小格为25μs，经测量其正方向幅值约为450 V，其负方向400V。经测量，带载时的实际次初级匝数比为9．14，与所设计的匝数比48／5相比略有减小，这是由于带载后电路中有电流流过，使高频变压器产生损耗，实际升压能力降低。这说明所设计高频变压器带载时能将PEMFC发出幅值偏低的直流电压提升到较高的值。

5 结语

       本文设计了一个应用于PEMFC发电机的5 kW高频变压器，设计了高频变压器参数，并通过仿真对所设计的高频变压器进行了论证，最后在已研制的5 kW PEMFC发电机的基础上进行了试验研究，所设计的高频变压器能够使PEMFC发出的电特性独特的幅值相对偏低的直流电压提升到一个较高的需要值。