基于直流母线的非隔离型DC-DC接口设计

论文总字数：21975字

摘 要

双向DC-DC变换器是一种应用广泛的电力电子装置，其主要功能是实现直流母线和储能电池之间的双向能量转化。该装置大范围用于新能源汽车，可再生能源直流微网以及分布式发电当中，因其独特的结构有极其重要的意义。本文在阅读了相关文献后，对现有的双向DC-DC变换器进行了分析比较，考虑到实际应用时的稳定性、精确性和效率，最终选择了双向半桥型DC-DC变换器作为本设计的主电路，并介绍了两种工作模式下变换器的基本工作状态。

其次，选择了直流母线和储能电池的电压等级，并对主电路的各项参数进行了计算：考虑到电感电流临界连续和滤波作用的具体电感值，以及用作滤波的两个滤波电容。

然后根据计算出的主电路参数，在各种列举的控制策略中，选择了合适本设计的电压电流双闭环负载均流控制策略，将电感电流和输出电压以及负载均流信号的反馈信号做为反馈量，来对主电路开关管门级脉冲信号的控制，实现输出均流的同时，保证直流母线的电压稳定。

最后，对所设计的系统在MATLAB环境下进行搭建仿真，仿真结果与设计原理保持一致，这证明了本文所设计的双向DC-DC变换器能够很好地实现储能电池和直流母线之间的双向能量流动，同时在负载均流技术的作用下保证了母线电压的稳定。

关键词：双向DC-DC变换器，并联均流，储能系统，直流母线

Abstract

Bi-directional DC-DC converter is a widely used power electronic device. Its main function is to realize bi-directional power conversion between DC bus and energy storage battery. The device is widely used in new energy vehicles, renewable energy DC micro-grid and distributed generation, it has great significance because of its unique structure. The paper analyzed and compared the existing bidirectional DC-DC converters after reading the relevant literature. Considering the stability, accuracy and efficiency of practical application, the bi-directional half-bridge DC-DC converter is selected as the main circuit of this design, and the basic working state of the converters under two working modes is introduced.

Secondly, the voltage levels of DC bus and energy storage battery are selected, and the parameters of the main circuit are calculated: the inductance value after considering the critical continuity of inductance current and filtering effect, as well as the two filter capacitors.

Then, according to the main circuit parameters, among the various listed control strategies, a load current-sharing control strategy with voltage and current double closed-loop is selected. Inductance current, output voltage and load current-sharing signal are used as feedback variables to control the gate-level pulse signal of main circuit switch tube, so as to realize output current-sharing and ensure the voltage stability of DC bus.

Finally, the system is simulated in MATLAB, the simulation results are the same with the design principle. It shows that the designed bi-directional DC-DC converter can realize the bi-directional flow of energy between energy storage battery and DC bus, and ensure the voltage stability of bus and load current-sharing.

Key words: Bidirectional DC-DC converter, parallel current sharing, energy storage system, DC bus

目 录

摘要 Ⅰ

Abstract Ⅱ

第一章 绪论 1

1.1 选题背景和意义 1

1.2 双向DC-DC变换器概述 1

1.3 非隔离型双向DC-DC变换器的研究现状 2

1.4 本设计的主要研究内容 3

第二章 DC-DC变换器主电路设计 4

2.1 DC-DC变换器主电路拓扑结构选择 4

2.2 DC-DC变换器的工作原理 5

2.2.1 Boost工作模式 5

2.2.2 Buck工作模式 7

2.3 本章小结 8

第三章 主电路参数的选取 9

3.1 双向DC-DC变换器的设计参数与指标 9

3.2 双向DC-DC变换器的主要参数确定与选取 9

3.2.1 电感L的选取 9

3.2.2 储能电池侧滤波电容C1的计算 11

3.2.3 直流母线侧滤波电容C2的计算 11

3.3 本章小结 12

第四章 控制策略设计 13

4.1 DC-DC变换器的控制技术 13

4.1.1电压单闭环控制 13

4.1.2 输入电压前馈控制 13

4.1.3 电流单闭环控制 14

4.1.4 峰值电流控制 14

4.1.5 平均电流控制 15

4.2 本设计的控制方式 16

4.2.1 电感电流内环设计 17

4.2.2 输出电压外环设计 19

4.3 负载均流技术 20

4.3.1 输出阻抗法 21

4.3.2 主从均流法 21

4.3.3 平均电流均流法 22

4.3.4 最大电流均流法 23

4.4 本设计的负载均流方案 23

4.5 本章小结 24

第五章 仿真实验与分析 25

5.1仿真结果分析 26

5.2 负载扰动分析 26

5.3 本章小结 27

第六章. 总结与展望 28

6.1 全文总结 28

6.2未来的展望 28

参考文献（References） 29

致谢 30

第一章 绪论

1.1 选题背景和意义

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