混合动力汽车中全桥DC/DC变换器的设计与控制

【摘要】：随着科技的发展,社会的进步,人们生活的水平在不断提高的同时,能源的消耗逐渐成为了全世界重点关注的问题,其中化石能源的供应矛盾更是日益突出。近些年来,汽车的燃油消耗是石油消费总量中增长最快的部分,同时也成为影响石油消耗总量和发展趋势的首要因素。应时代要求,开发新能源汽车成为世界各个发达国家竞相研究的重要课题。在新能源汽车领域中混合动力汽车拥有重要的应用价值。作为混合动力汽车的关键技术之一,DC/DC变换器发挥着重要的作用。 文中首先介绍了混合动力汽车的研究背景,从发展方向、分类、特点等方面对DC/DC变换器进行了简要概述,并且提出本文研究内容,即一款1.6kW基于MCU控制的移相全桥DC/DC变换器。 其次,介绍了全桥DC/DC变换器的基本工作原理,针对开关管零电压开关技术实现方法、变压器副边占空比丢失等问题做了详细分析,并且根据技术指标,对DC/DC变换器主体电路以及周边电路进行设计。使用NI Multisim仿真测试软件对所设计的电路进行开环仿真。 然后,研究并设计了DC/DC的控制系统,主要包括控制芯片的介绍、PI控制算法以及基于CAN总线的参数调节模块。 最后,对所设计的样机测试结果进行研究,验证全桥DC/DC变换器设计方案的可行性。 【关键词】：移相全桥 DC/DC 软开关 PID控制算法
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM46
【目录】：

• 致谢5-6
• 中文摘要6-7
• ABSTRACT7-10
• 1 绪论10-21
• 1.1 课题研究背景与意义10-11
• 1.2 DC/DC变换器的发展与趋势11-12
• 1.3 软开关技术概述12-14
• 1.4 全桥DC/DC变换器概述14-19
• 1.4.1 全桥DC/DC变换器的控制方式15-16
• 1.4.2 改进的全桥DC/DC变换器拓扑16-19
• 1.5 本文主要研究内容19-21
• 2 全桥DC/DC变换器的研究21-31
• 2.1 全桥DC/DC变换器的基本工作原理21-28
• 2.2 全桥DC/DC变换器零电压开关的实现28-29
• 2.3 变压器副边占空比丢失29-30
• 2.4 本章小结30-31
• 3 全桥DC/DC变换器硬件设计与仿真31-44
• 3.1 全桥DC/DC变换器的设计要求31
• 3.2 变换器元器件参数计算与电路设计31-36
• 3.2.1 高频变压器原副边匝数比设计31-32
• 3.2.2 功率开关管的额定值计算32
• 3.2.3 谐振电感量与电容量的计算32-34
• 3.2.4 滤波电路参数计算34-35
• 3.2.5 死区时间的计算35
• 3.2.6 开关管驱动方式35-36
• 3.3 全桥DC/DC变换器电路原理图36-38
• 3.4 DC/DC变换器硬件电路开环仿真38-43
• 3.5 本章小结43-44
• 4 全桥DC/DC变换器的控制系统44-51
• 4.1 控制系统总体设计44-45
• 4.2 微控制器选择45-46
• 4.3 DC/DC变换器控制算法46-49
• 4.3.1 经典PID算法46-47
• 4.3.2 增量式PI算法47
• 4.3.3 算法程序流程图47-49
• 4.4 基于CAN总线的数据传输49-50
• 4.5 本章小结50-51
• 5 样机测试结果与分析51-65
• 5.1 样机测试波形与分析51-59
• 5.1.1 功率开关管驱动波形51-53
• 5.1.2 实现零电压开关波形53-54
• 5.1.3 变压器两侧波形及占空比丢失54-59
• 5.2 DC/DC变换器输出与转换效率59-63
• 5.3 控制系统测试63-64
• 5.4 本章小结64-65
• 6 结论65-66
• 参考文献66-69
• 作者简历69-71
• 学位论文数据集71

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