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双向DC-DC变换器优化效率控制的研究
| 论文题名： | 双向DC-DC变换器优化效率控制的研究 |
| 关键词： | 电动汽车;直流-直流变换器;传输效率;功率密度;控制策略 |
| 摘要： | 现如今世界的科学技术水平不断地飞速发展，人类对于能源的需求量也在不断地增多，随之伴随而来的城市环境污染和能源危机等问题愈演愈烈。纯电动汽车的能耗低、环境污染小、能源利用率高，纯电动汽车已经是大势所趋。双向全桥DC-DC变换器作为电动汽车动力系统中的几个重要部分之间的连接桥梁，对于提高汽车整体的性能和可靠性至关重要。因此，针对双向全桥DC-DC变换器的传输效率，功率密度的提升，双向全桥DC-DC变换器小型化、模块化以及提高系统的工作和完善控制策略的研究成为了电力电子应用的热门研究方向。 本文就以纯电动汽车中能量转换的关键环节双向DC-DC变换器为研究对象，以在全工况范围内有效降低系统的回流功率为研究目的。首先对双向DC-DC变换器发展历史、拓扑结构以及控制方法进行了介绍，其次系统地阐述了双向全桥DC-DC变换器的拓扑优势。针对双向全桥DC-DC变换器在单、双重移相控制策略下的工作模态进行了详细地工作过程分析并且建立了相关的数学模型。在数学模型分析的基础上对单、双重移相控制策略的系统特性、传输功率、回流功率等特性与移相角之间的关系进行了量化分析。通过对比控制策略各自的优缺点，结合两种移相控制的优点，本文提出了一种基于自然分段的混合移相控制策略，能够在变换器运行过程中，选取最优移相角，使系统回流功率最小，提升系统运行效率。后对双向全桥DC-DC变换器进行小信号建模，并推导出内、外移相比与输出电压扰动之间关系的数学模型，得到系统的传递函数并设计出PI控制器。根据伯德图分析变换器闭环反馈控制系统的稳定性，从而完成变换器的闭环回路设计。 为了对本文中的双向全桥DC-DC变换器特性分析及控制优化策略进行仿真及实验验证，本文采用基于MATLAB/Simulink平台搭建了变换器系统模型，对以上的分析及设计进行仿真验证。并通过对双向全桥DC-DC变换器的硬件及软件设计，搭建了一套实验系统平台并利用此平台对本文的分析和提出的优化策略进行了实验验证，实验结果表明基于自然分段的混合移相控制策略可以在全工况范围内有效降低回流功率从而提升双向全桥DC-DC变换器的传输效率。 |
| 作者： | 路鑫 |
| 专业： | 电气工程 |
| 导师： | 高圣伟;章永生 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 天津工业大学 |
| 学位年度： | 2020 |
| 正文语种： | 中文 |
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