【摘 要】
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随着不可再生能源存储量急剧下降,燃料电池汽车领域受到了越来越广泛的关注。但燃料电池输出电压波动大、电压等级低,难以满足燃料电池汽车对动力源的要求,因此,能够实现提升
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随着不可再生能源存储量急剧下降,燃料电池汽车领域受到了越来越广泛的关注。但燃料电池输出电压波动大、电压等级低,难以满足燃料电池汽车对动力源的要求,因此,能够实现提升电压等级、电压解耦等功能的DC/DC变换器是系统中必要的部分。本文针对燃料电池汽车用DC/DC变换器高升压比、高效率等要求,提出一种新型双Boost升压变换器拓扑结构,并将其与传统Boost变换器、四相交错式DC/DC变换器进行比较。此外,从该变换器的工作原理、电路模型及控制方法等几方面进行相关的研究工作。首先,对现有变换器结构进行分类汇总,具体分为隔离型和非隔离型结构,并将所提变换器从器件个数、选型、电压应力以及升压比几方面与几种典型升压变换器进行对比,在分析其工作原理的基础上得出该变换器不同工作状态下所对应的的状态方程。其次,根据状态空间平均法建立变换器的小信号模型,对该模型进行拉氏变换得到传递函数,设计基于输出电压单反馈、基于电感电流和输出电压双反馈的闭环控制器。此外,针对燃料电池输出特性软的问题,设计一种针对输入电压波动的前馈-双闭环控制器,旨在保证系统输出的稳定性。再次,设计了新型双Boost升压变换器系统的硬件和软件。根据设计功率模块的指标,计算了电容、电感等元器件的参数值并进行了器件选型,此外以芯片TLP350为核心设计了光电隔离的驱动电路,根据控制器的需要,以线性光耦为核心设计了电压检测电路,以霍尔传感器为核心设计了电流检测电路及采用电源模块设计了辅助电源电路;同时,编写了基于DSP系统的PI控制程序。最后,在Matlab/Simulink环境下搭建新型双Boost升压变换器系统的仿真模型,验证了所提变换器和控制器的有效性。此外,完成了所提变换器实验样机的搭建,进行了后续的样机调试及变换器升压比、系统的效率及系统的鲁棒性等实验,实验结果表明,所提新型双Boost升压变换器能够满足燃料电池汽车对DC/DC变换器高升压比、高效率及具有良好的鲁棒性等要求。
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