用于混合动力汽车的双向DC-DC变换器研究

【摘要】： 最近几年,随着我国汽车工业的迅猛发展,环境污染、能源短缺、全球变暖的压力使传统的内燃机汽车面临前所未有的挑战。混合动力汽车在技术、经济和环境等方面具有综合优势,是目前缓解这些问题的有效途径。完善混合动力系统控制策略,特别是汽车电源系统,是提高燃油经济性和减少污染排放的重要手段,而双向DC/DC变换器时汽车电源系统的重要组成部分。 首先,本文分析了双向DC/DC变换器的工作原理,比较了全桥式拓扑、半桥式拓扑结构的特点,引入了一种新型半桥式双向DC/DC变换器,并探讨了将PWM加相移控制应用到该改进的半桥式双向DC/DC变换器。与传统相移控制相比,PWM加相移控制方式可以在无需外加额外元件的情况下实现软开关,并能减小变换器的电压电流应力和通态损耗,非常宽的负载调节范围。 其次,基于对该双向DC/DC变换器一个周期内工作模态的分析,本文提出了PWM加相移控制方式下结合开关函数和等效电路的状态平均模型建模方法。使状态方程的阶数从高价变成低价,简化了分析和计算过程。然后,本文给出了该双向DC/DC变换器漏感值的计算过程,并使用仿真软件SIMetrix建立了该双向DC/DC变换器的仿真模型。 最后,本文给出了该双向DC/DC变换器主电路各个元件参数的选择原则和设计方法,另外,设计出相移加PWM控制的控制电路和开关管的驱动电路,该变换器在升压工作时采用恒压控制,在降压工作时采用恒流控制,实现了对两种模式的良好控制。设计制作了一个100w的样机,试验结果表明,该双向DC/DC变换器的模型建立、理论分析、设计的正确性。 【关键词】：双向DC\DC变换器 混合动力汽车 电路拓扑 相移加PWM控制
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TM46
【目录】：

• 摘要6-7
• ABSTRACT7-10
• 第一章 绪论10-19
• 1.1 混合动力的发展状况10-12
• 1.2 混合动力汽车的车载电源系统12-15
• 1.3 混合动力汽车的主要技术15-17
• 1.3.1 双向DC/DC变换器的原理和特点15-16
• 1.3.2 双向DC/DC变换器国内外的研究状况16-17
• 1.4 本文所研究双向DC/DC变换器的一些关键问题17-19
• 第二章 新型半桥式ZVS双向DC/DC变换器的工作原理19-35
• 2.1 引言19
• 2.2 新型半桥式双向DC/DC变换器的工作原理19-22
• 2.2.1 双向DC/DC变换器电路拓扑19-22
• 2.3 新型半桥式双向DC/DC变换器的控制原理22-24
• 2.3.1 脉宽调制（PWM）形式的工作原理22
• 2.3.2 PWM加相移控制的工作原理22-24
• 2.4 新型半桥式双向DC/DC变换器的工作原理24-26
• 2.5 双向DC/DC变换器各个工作模态的分析26-33
• 2.6 本章小结33-35
• 第三章 新型半桥式双向DC/DC变换器建模与仿真分析35-53
• 3.1 引言35
• 3.2 双向DC/DC变换器的数学模型35-43
• 3.3 双向DC/DC变换器稳态模型的参数设计43-46
• 3.3.1 双向DC/DC变换器开关管电压电流应力分析43-44
• 3.3.2 漏感L_(lk) 电流的计算44
• 3.3.3 PWM加相移控制下漏感L_(lk) 的选取44-46
• 3.4 变换器的仿真结果46-52
• 3.4.1 正向工作模式下仿真结果46-50
• 3.4.2 反向工作模式下仿真结果50-52
• 3.5 本章小结52-53
• 第四章 新型半桥式双向DC/DC变换器主电路的设计53-60
• 4.1 主电路功能要求和系统参数53
• 4.1.1 系统功能要求53
• 4.1.2 变换器主电路系统参数53
• 4.2 双向DC/DC变换器主电路参数设计53-59
• 4.2.1 功率变压器设计54-57
• 4.2.2 功率MOSFET选择57
• 4.2.3 开关管反并联二极管的选择57
• 4.2.4 输入电感L_(dc) 设计57-58
• 4.2.5 阻断电容C_b 的设计58-59
• 4.3 本章小结59-60
• 第五章 新型半桥式双向DC/DC变换器辅助电路设计与实验结果60-76
• 5.1 相移加PWM控制电路和驱动电路的设计60-69
• 5.1.1 移相控制器芯片UC3875 介绍60-63
• 5.1.2 PWM控制芯片SG3525 介绍63-66
• 5.1.3 控制电路设计66-69
• 5.2 驱动电路设计69-70
• 5.3 样机实验结果分析70-75
• 5.4 本章小结75-76
• 结论与展望76-77
• 参考文献77-81
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果81-82
• 致谢82

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