混合动力车用软开关双向DC-DC变换器设计

发布时间：2017-09-16 14:03

  本文关键词：混合动力车用软开关双向DC-DC变换器设计

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【摘要】：随着能源短缺、环境污染等问题的日趋严重,节能、环保型混合动力电动车成为工业界和学术界研究的热点。相较于传统的电动车,混合动力电动车具有续航能力强、功率密度大及能源利用率高等优势,已经成为交通行业发展的必然趋势。混合动力电动车主要由多能量源、能量管理系统及电机组成。为了实现多能量源的协同工作,双向DC-DC变换器就成为能量管理系统必不可少的部件,成为影响整车效率、性能及成本的关键。传统的混合动力电动车通常采用单相双向DC-DC变换器,但是其存在效率低、功率容量小及输入输出电流纹波大等问题。为了解决以上问题,提出了交错并联双向DC-DC变换器。论文首先讨论了双向DC-DC变换器对应混合动力电动车不同运行工况的工作状态。并且介绍了交错并联双向DC-DC变换器工作在连续导通模式(Continuous Conduction Mode, CCM)的工作原理、参数设计及损耗分析。双向DC-DC变换器工作在CCM模式不但电感体积大、可靠性低,而且效率低,为此论文通过引入同步导通模式(Synchronous Conduction Mode, SCM),实现主开关管的零电压开通,提高了整个变换器的效率。接着分别建立了双向DC-DC变换器在充电状态及放电状态的小信号模型,设计和优化了两种状态下的控制器参数。实验室研制了一台1.5kW交错并联双向DC-DC变换器的原理样机,CCM模式及SCM模式的实验结果很好地验证了设计的可行性和合理性,最后,总结了两种方案的优缺点,并提出了进一步改进的思路。
【关键词】：混合动力电动车 交错并联 双向DC-DC变换器 连续导通模式 同步导通模式
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM46
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-17
• 1.1 研究背景11-12
• 1.2 双向DC-DC变换器国内外研究现状12-15
• 1.2.1 隔离型双向DC-DC变换器12-13
• 1.2.2 非隔离型双向DC-DC变换器13-15
• 1.3 本文研究意义及研究内容15-17
• 1.3.1 研究意义15
• 1.3.2 研究内容15-17
• 第2章 CCM模式的交错并联双向DC-DC变换器17-32
• 2.1 混合动力电动车的工作状态分析17-18
• 2.2 CCM模式交错并联双向DC-DC变换器的工作原理18-24
• 2.2.1 放电状态的分析18-22
• 2.2.2 充电状态的分析22-24
• 2.3 主电路参数设计24-28
• 2.3.1 电感设计25-27
• 2.3.2 高压侧滤波电容设计27
• 2.3.3 功率MOS管选择27-28
• 2.3.4 吸收电路的设计28
• 2.4 损耗分析28-31
• 2.4.1 MOSFET的损耗28-30
• 2.4.2 电感损耗30-31
• 2.4.3 吸收电路的损耗31
• 2.5 本章小结31-32
• 第3章 SCM模式的交错并联双向DC-DC变换器32-48
• 3.1 SCM的ZVS实现原理32-33
• 3.2 SCM模式下交错并联双向DC-DC变换器的工作原理33-44
• 3.2.1 放电状态的分析33-38
• 3.2.2 充电状态的分析38-44
• 3.3 功率级参数设计和器件选择44-46
• 3.3.1 电感设计44-46
• 3.3.2 高压侧滤波电容设计46
• 3.4 损耗分析46-47
• 3.4.1 MOSFET的损耗46-47
• 3.4.2 电感损耗47
• 3.5 本章小结47-48
• 第4章 双向DC-DC变换器系统建模及控制策略研究48-60
• 4.1 交错并联双向DC-DC变换器的控制目标48
• 4.2 放电状态的小信号模型及控制器设计48-54
• 4.2.1 放电状态的小信号建模48-52
• 4.2.2 控制器G_(c1)的设计52-54
• 4.3 充电状态的小信号模型及控制器设计54-59
• 4.3.1 充电状态的小信号建模54-57
• 4.3.2 控制器G_(c2)的设计57-59
• 4.4 本章小结59-60
• 第5章 实验结果与分析60-67
• 5.1 CCM模式下的实验结果60-63
• 5.1.1 放电状态60-61
• 5.1.2 充电状态61-63
• 5.2 SCM模式实验结果63-65
• 5.2.1 放电状态63-64
• 5.2.2 充电状态64-65
• 5.3 两种方案的对比65-66
• 5.4 本章小结66-67
• 结论与展望67-68
• 1 结论67
• 2 展望67-68
• 致谢68-69
• 参考文献69-73
• 攻读硕士学位期间发表论文及科研情况73

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本文编号：863463