软开关双向全桥DC-DC变换器的设计与实现

摘要

双向DC-DC变换器是能够根据需要调节能量双向传输的直流到直流的变换器。随着科技和生产的发展，对双向DC-DC变换器的需求日益增多，主要有直流不停电电源系统、航天电源系统、混合能源电动汽车等应用场合。软开关技术的应用可以降低双向DC-DC变换器的开关损耗，提高变换器的工作效率，从而大大缩小变换器的体积重量，提高变换器的功率密度和动态性能。本文以直流微电网中的5KW锂电池双向DC-DC变换器的应用需求为标准，将移相全桥软开技术运用到此变换器的设计中。重点分析其主电路工作原理、软开关的实现、小信号模型建立、数字控制系统设计等，主要研究内容如下：
　　按照所给定的的技术指标，制定了以电压电流型全桥电路作为主拓扑的双向DC-DC变换器总体方案。为提高变换器效率，对主拓扑进行了改进,通过反激变压器与数字化软启动相结合的方案，实现了电路的软启动，采用有源钳位技术，抑制了功率开关管电压尖峰。
　　运用状态平均法对变换器进行小信号建模。通过MATLAB仿真观察并设计改进其系统特性,并据此设计增量式PID控制算法。在现有硬件平台基础上进行了数字控制器软件方案设计包括PWM模块、A/D数据采集模块、串口和CAN通讯系统和控制系统。
　　根据以上研究完成了样机的制作，对样机进行了输出纹波、转换效率测试，并对测试结果进行分析。测试结果表明有源钳位技术、数字控制器软件优化有效的减小了输出纹波，有源钳位软开关技术提高了变换器的转换效率。并建立了与其他变换器并网工作时保护机制。
　　样机测试结果表明，使用该方法设计的数字控制的双向DC-DC变换器，与传统硬开关变换器相比对转换效率有良好的提升效果。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 研究意义

1.3 国内外研究现状

1.4 本文研究的内容

第2章 双向DC-DC变换器主电路设计

2.1双向DC-DC变换器的方案选择

2.2 移相全桥软开关电路的工作原理

2.3本章小结

第3章 小信号建模与控制器设计

3.1 非隔离型变换器的小信号模型

3.2 基于小信号模型的控制器设计

3.3 本章小结

第4章 硬件电路与数字控制系统设计

4.1 主电路元件参数设计

4.2 数字控制系统硬件设计

4.3 数字控制系统软件设计

4.4 本章小结

第5章 实物搭建与实验结果分析

5.1 变换器实物搭建

5.2 变换器测试与结果分析

第6章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 展望

参考文献

作者在攻读硕士学位期间发表的论文及参与的项目

致谢