新能源汽车双向全桥DC-DC变换器设计与研究

发布时间：2020-11-01 12:31

　　 为了缓解化石能源过度使用带来的能源安全和环境污染问题,新能源汽车近年来得到了大力发展。作为新能源汽车中必不可少的功率变换装置,双向DC-DC变换器必须具备高功率密度、高电压变比、良好的动态特性等众多优点。本文设计了一个双向全桥DC-DC变换器实验平台,并对其进行了同步整流、电压尖峰抑制、软启动等多方面的研究和分析。本文首先介绍了现有的双向DC-DC非隔离型拓扑和隔离型拓扑,分析了目前几种隔离型拓扑的研究现状,基于单向的移相全桥电路选定了本文中双向全桥DC-DC变换器的主电路拓扑。分别基于移相全桥控制和PWM全桥-boost控制分析了变换器正向和反向运行的工作原理,为变换器硬件设计和闭环控制实现提供理论依据。对于变换器的正向模式,分析了同步整流所需的驱动波形和现有的自驱动式硬件方案,本文采样软件方式实现了同步整流,在没有增加硬件成本的情况下提升了正向工作效率。对于变换器的反向模式,分析了变换器带载时出现电压尖峰的原因,给出了电压尖峰的具体计算过程,并采用有源钳位电路对其进行抑制;还分析了反向运行时存在的启动冲击问题,采用软件方式实现了反向软启动。之后完成了双向全桥DC-DC变换器相关电路的硬件设计,并在simulink中搭建了仿真模型和双向闭环控制器,验证了硬件参数设计的准确性。参照仿真中的闭环控制方式,通过编写TMS320F28377D程序实现对变换器的双向驱动和闭环控制。最后搭建了400V/48V 500W实验平台,进行实验得出了相关波形。变换器正向工作时实现了高压侧软开关和低压侧同步整流,从而具有较高的工作效率。引入有源钳位电路后变换器反向工作能够正常带载,并且通过软件方案实现了反向软启动。变换器在正向和反向工作中都展现出了较好的动态带载能力和较小的稳态电压纹波,并且具备了平滑的换向能力。
【学位单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TM46
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
1 绪论
    1.1 课题研究背景和意义
    1.2 双向DC-DC变换器研究现状
    1.3 本文研究的主要内容
2 双向全桥DC-DC变换器的工作原理
    2.1 主电路拓扑
    2.2 正向工作模式
    2.3 反向工作模式
    2.4 本章小结
3 双向全桥DC-DC变换器的硬件设计
    3.1 主电路设计
    3.2 辅助电路设计
    3.3 本章小结
4 仿真分析和基于TMS320F28377D的控制器实现
    4.1 双向全桥DC-DC变换器的仿真分析
    4.2 基于TMS320F28377D的控制器实现
    4.3 本章小结
5 实验分析
    5.1 实验平台参数
    5.2 实验波形分析
    5.3 本章小结
6 总结与展望
    6.1 本文总结
    6.2 本文展望
致谢
参考文献
附录 攻读硕士学位期间的科研成果

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本文编号：2865535