电动汽车用多重化软开关双向DC/DC变换器的研究

摘要

随着能源的耗竭，石油危机的来临，电动汽车的研发工作在全世界如火如荼地展开。由于汽车在实际行驶过程中频繁的加速、减速，起动、制动，以及储能电池的电压变化要求提供电机稳定的直流源，在电动汽车负载或电池电压变化时，基本不受影响。出于提高能效的考虑，在电机突然制动时，会产生较高的反电动势，要求储能电池能自动回馈能量，提高电池利用率。双向DC/DC变换器在储能电池与电机之间发挥着重要作用，其发展尤为迫切。
　　本文通过查阅国内外大量双向DC/DC变换器拓扑的基础上，以结构简单、性能良好的基本半桥双向DC/DC变换器为模块，针对车用大功率特点，确定三重交错式双向DC/DC变换器为基本拓扑。
　　作者归纳、整理了控制简单、易受工业界认同的控制型软开关技术的概念和五个基本特点，对三重交错式双向DC/DC变换器进行控制型软开关设计。即基本不添加额外的半导体器件，通过控制开关导通关断信号来实现软开关的方式。结合半桥式双向DC/DC变换器顺半桥结构特点，设计变换器电感电流工作在正负交替的模式，使电感电流与上下开关并接电容在开关死区时间内进行能量交换，达到软开关效果。这样变换器所用的电感将大大减小，采用多重化结构弥补该模式下电压、电流纹波大的缺陷。在控制方式上采用电压电流双闭环形式，将共用电压环的输出作为每个基本单元的给定电流，解决了并联结构的均流问题。
　　为验证该变换器设计的正确性和可行性，在Matlab/Simulink平台上搭建一个三重交错式双向DC/DC变换器及控制系统。并对变换器升压Boost、降压Buck模式不同情形进行仿真研究。
　　最后，进行了变换器硬件电路设计，搭建了以SG3525为核心控制芯片，额定功率为40W的三重交错式双向DC/DC变换器。通过分析、观察开关波形和输出波形，验证了该方案的可行性。

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1 绪论

1.1 课题研究背景与研究意义

1.2 双向DC/DC变换器的拓扑及软开关控制

1.3 双向DC/DC变换器的控制方法

1.4 本文主要研究内容

2 多重化双向DC/DC变换器的研究以及原理分析

2.1 双向DC/DC变换器设计要求

2.2 半桥结构双向DC/DC变换器拓扑方法

2.3 多重化双向DC/DC变换器的拓扑结构

2.4 本章小结

3 基于控制型软开关技术的多重化双向DC/DC变换器

3.1 控制型软开关技术分类及特征

3.2 基本半桥式双向DC/DC变换器的控制型软开关技术拓扑分析

3.3 软开关实现条件

3.4 变换器的控制策略

3.5 本章小结

4 双向DC/DC变换器仿真分析

4.1双向DC/DC变换器的参数设计方法

4.2 变换器仿真模型的建立

4.3 仿真结果

4.4 本章小结

5 实验电路设计及实验结果分析

5.1 驱动电路设计

5.2 主电路设计

5.3 实验结果

5.4 本章小结

6 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 后续展望

致谢

参考文献

附 录