电动汽车中无变压器的电源转换电路的研究

摘要

随着能源问题的日趋严峻，电动汽车作为新能源汽车的代表越来越受到重视。而电动汽车电源系统是电动汽车的核心，传统的电动汽车车载电源变换系统通常带有高频变压器或工频变压器，此类变压器不但体积大，成本高，而且变压器磁芯、绕组的漏磁和损耗无法避免，同时电磁干扰问题严重。而非隔离式的无变压器转换电路因小巧轻便，成本低，集成化程度高等特点，非常适合应用在电动汽车电源变换器上。
　　电动汽车有着低压供电系统和高压供电系统之分，低压供电系统主要涉及车载供电系统，为各类车载仪器设备提供电能，针对低压供电系统的特点，本文设计了无变压器的单输入多输出(SIMO)型DC-DC变换器，给出了SIMO变换器的拓扑结构，进行了相应的参数分析，并引入比例积分微分滑模控制算法(PID-SMC)，设计了相应PID-SMC控制器，实现SIMO变换器的反馈控制。同时，设计了无变压器SIMO变换器的SIMULINK仿真平台，搭建了基于DSP数字控制核心的硬件样机，并对实验结果进行了分析比较。本文的主要研究内容如下：
　　(1)分析了无变压器电路拓扑的实现方法以及 DC-DC变换器的控制算法，并对其进行了分析比较。
　　(2)针对无变压器型 SIMO变换器的工作原理进行了研究和分析，并完成了SIMO拓扑主要参数的设计，然后，分析研究了PID-SMC控制算法的工作原理以及DSP实现方法，并搭建了SIMULINK仿真平台，对理论分析进行了验证。
　　(3)基于上述理论分析，设计了无变压器型SIMO变换器硬件样机，对其硬件参数进行分析设计，完成了各器件参数的选型，并设计了基于DSP平台的PID-SMC算法的数字实现。
　　(4)最后，对比分析了仿真和样机的测试结果，证明了理论的可行性并验证了仿真和实验结果的一致性。
　　通过对无变压器型 SIMO变换器的理论分析和实验结果分析，证明了基于PID-SMC控制的SIMO变换器的良好性能，并通过硬件平台外接电机和LED负载证明了该变换器在电动汽车车载设备应用的可行性。

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第一章 绪论

1.1 课题研究背景与意义

1.2 电动汽车中电源转换电路的研究现状

1.3 电动汽车电源系统的研究

1.4 论文主要内容

第二章 电动汽车中电源转换电路的相关技术研究

2.1 电动汽车中无变压器的转换电路的方案研究

2.2 电动汽车中无变压器的SI MO转换电路的方案研究

2.3 DC-DC变换器控制算法的比较分析

2.4 本章小结

第三章 无变压器的SIMO-DCDC转换电路的研究与设计

3.1 无变压器型SIMO转换电路结构

3.2 无变压器型SIMO转换电路工作原理分析

3.3 滑模控制算法的分析

3.4 PID-SMC算法分析

3.5 无变压器型SIMO转换器参数设计及仿真模型的搭建

3.6 系统仿真结果与分析

3.7 本章小结

第四章 无变压器的电源转换电路硬件设计

4.1 无变压器的SIMO转换电路样机的主要设计要求

4.2 SI MO转换器主电路器件的参数设计

4.3 SI MO转换器控制电路的设计

4.4 SI MO转换器信号采集电路的设计

4.5 SI MO转换器驱动电路的设计

4.6 SI MO转换器的软件设计

4.7 本章小结

第五章 无变压器电源转换电路的实验结果分析

5.1 无变压器的SIMO转换器实验结果分析

5.2 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 本文主要工作总结

6.2 后续工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间的研究成果