新型大功率双向DC/DC变换器的研究

摘要

时至今日,DC/DC变换器作为电源系统中为设备提供直流动力的主要装置,面临着体积更小,重量更轻,效率和可靠性更高等诸多要求.促使变换器必须实现变换器的工作频率由低频向高频的转变.而硬开关由于很多问题而不能胜任.近年来开展的软开关技术为克服上述缺陷提供了一条有效途径.该文作者在查阅国内外大量双向DC/DC变换器资料的基础上,采用一种新型双向DC/DC变换器的拓扑结构,把软开关技术和移相控制PWM技术以及双向DC/DC变换器技术有机结合在一起,有效地降低了电路的开关损耗和开关噪声,为变换器装置提高开关频率、效率以及降低尺寸及重量提供了良好的条件.同时,还保持了常规的硬开关全桥PWM双向DC/DC变换器中拓扑结构简洁、元器件的电压和电流应力小等一系列优点.在研究过程中采用仿真软件Pspice对设计方案进行了初步的仿真研究,验证了拓扑结构的可行性.在此基础上进行了实验研究,仿真和实验结果表明,该装置升压和降压只采用同一个主电路,即可实现能量的双向流动,且具有低开关损耗和较高的动态响应.该文还对控制器的设计进行了介绍,对软件的设计思路进行了说明,给出了从单片机软件流程图和程序清单.整个系统采用PIC单片机进行控制,具有线路简单,性能可靠的特点.

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致谢

第一章概述

1.1功率变换技术

1.1.1 PWM变换技术

1.1.2谐振变换技术

1.1.3软开关技术

1.2开关电源的控制方法

1.2.1电压型控制方法

1.2.2峰值电流型控制方法

1.2.3平均电流型控制方法

1.2.4 V2控制方法

1.3双向DC/DC变换器的原理

1.4双向DC/DC变换器软开关技术现状综述

1.5双向DC/DC变换器研究中的一些关键问题

1.6本论文的研究内容和意义

1.7本文所做的工作

第二章软开关双向DC-DC变换器工作原理

2.1软开关的定义

2.2软开关的分类

2.3移相控制方式

2.4变换器基本工作原理及其特性分析

2.4.1基本工作原理分析

2.4.2电路的特性分析

2.4.3电路的抗偏磁特性的改进

2.5 ZVS条件的分析

2.6超前臂开关管零电压开通的条件

2.7滞后臂开关管零电压开通的条件

2.8占空比损失的分析

第三章双向DC-DC变换器设计

3.1升压电路设计

3.1.1推挽变换器电路设计

3.1.2前端升压电路设计

3.2降压电路设计

3.2.1变压器参数设计

3.2.2滤波电感电容元件的设计

3.2.3功率开关器件的选择

3.3控制器及驱动电路

3.3.1控制芯片选择

3.3.2 UC3875的工作原理

3.3.3驱动电路设计

3.3.4 IGBT集成驱动电路EXB841

3.4脉宽调制器的设计

3.4.1 TL494芯片的工作特性及其原理

3.4.2 Boost升压电路IGBT的脉宽调制器的设计

第四章控制器设计

4.1 PIC单片机简介

4.1.1类-精简指令集计算机结构

4.1.2哈佛双总线结构

4.1.3寄存器组

4.1.4 OTP(One Time Program)技术

4.2单片机管脚分配

4.2.1升压和降压准备就绪信号

4.2.2升压和降压控制信号

4.2.3主从单片机联系信号

4.3监控电路设计

4.3.1 RS-485总线标准和接口器件简介

4.4单片机软件设计思路

4.4.1主单片机软件设计思路

4.4.2从单片机软件设计思路

4.5软件设计

第五章实验与仿真

5.1 Pspi ce仿真简介

5.1.1 PSPICE的特点

5.1.2 PSPICE的组成

5.2 PSPICE软件在双向DC/DC中的应用

5.3双向DC/DC变换器实验分析

5.3.1降压电路波形

5.3.2升压电路波形

第六章总结与展望

6.1研究总结

6.2问题和展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文