高效大功率DC-DC变换器

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1、中图分类号：TM46论文编号：10006SY1207144夕t京航玄航天大學工#碛士#像讼夂高效大功率DC-DC变换器的#f(:控制与实现作者姓名冯伟学科专业材料加工工程指导教师齐铂金教授培养院系机械工程及自动化学院AStudyonHighPowerDC/DCConverterandImplementationBasedonDigitalControllerADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterFengWeiProf.QiBojinSchoolofMechanicalEngineerin

2、g&AutomationBeihangUniversity，Beijing,China中图分类号：TM46论文编号：10006SY1207144硕士学位论文高效大功率DC-DC变换器的数字化控制与实现作者姓名冯伟申请学位级别工学硕士指导教师姓名齐钔金职称教授学科专业材料加工工程研宂方向新型电源技术及应用学习时间自年月曰起至年月日止论文提交U期年月H论文答辩H期年月曰学位授予单位学位授予日期年月曰关于学位论文的独创性声明本人郑重声明；所呈交的论文是本人在指导教师指导下独立进行研宂工作所取得的成果，论文中有关资料和数据是实事求是的。尽我

3、所知，除文中己经加以标注和致谢外，本论文不包含其它人已经发表或撰写的研究成果，也不包含本人或他人为获得北京航空航天大学或其它教育机构的学位或学历证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对研究所做的任何贡献均己在论文中作出了明确的说明。若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。学位论文作者签名：U期：年月日位论文使用授权书本人完全同意学有权使用本学位论文（包括但不限于其印刷版和电子版），使用方于：保留学位论文，按规定向国家有关部门（机构）送交学位论文，以学术交流为H的赠送和交换学位论文，允许学位论文被查阅、借阅和复印，将学位论文的全部或部

4、分内容编入有关数据库进行检索，采用影印、缩印或其它复制手段保存学位论文。保密学位论文在解密后的使用授权同上。学位论文作者签名：日期：年月日指导教师签名：日期：年月日北京航空航天人学硕士学位论文摘要近年来，燃料电池、光伏电池在诸如电动汽车、高空飞行器等领域的应用研宂较为广泛，其动力系统均需匹配数十kW至上百kW的大功率DC-DC变换器，实现能量的传递和控制的同时，可弥补燃料电池及光伏电池等输出特性偏软、动态响应较慢等不足。基于北京燃料电池客车G01项目动力系统用大功率升压DC-DC变换器及其数字化控制的研究与实现，论文从主电路拓扑、电

5、路模型与控制策略以及性能测试等方面对基于数字化控制的燃料电池客车（FuelCellElectricVehicle,FCEV)动力系统用大功率BoostDC-DC变换器进行了系统深入的研究。在主电路拓扑中，针对常规DC-DC变换器大电流和高电压工作环境下的安全换流问题，设计了一套具备柔性换流特性的主功率电路拓扑一一基于典型Boost电路拓扑，通过增加少MR、L、C、D器件，使主功率开关器件在开关过程的瞬态，交替流过输入电流，达到了柔性换流的效果，有效降低了主功率器件的W出、di/dt，提高了变换器的安全性与可靠性等，试验测试证明变换效

6、率也得到了提高。基于BoostDC-DC柔性换流电路的设计，针对北京燃料电池客车G01项H动力系统用50kW升压DC-DC变换器的实际应用要求，分别讨论了主功率电路屮各器件的选型并对相应参数进行计算路模型与控制策略分析过程屮，利用状态空间平均法建下的开环小信号模型和FCEV动力系统构型基于DC-DC变换器数字化控制的特点，比较分析了增量式PID、非线性PID等数字控制策略，设计了两种基于经典PID控制的数字化控制算法，借助Matlab/Simulink仿真工具，建立系统的仿真模型，对控制策略的稳定性和动态特性进行了仿真分析；同时，在

7、仿真分析过程中对PID参数进行了整定。基于FreescaleS12XEP100数字控制芯片及EPM7128可编程逻辑控制器件，完成了大功率BoastDC-DC变换器的控制系统整体设计和实现。设计并搭建了测试平台，对大功率BoostDC-DC变换器的动静态特性、工作可靠性、变换效率等指标进行了测试和分析。关键词：燃料电池客车，DC-DC变换器，数字化控制摘要AbstractTheindustryinvestigationrevealsthatcurrentlyFCandSChavebeenextensivelyappliedinsuc

8、hfieldsaselectricvehiclesandhigh-altitudeaircrafts•Thesepowersystemsmustmatchhigh-powerDC-DCconvertersrangingfromtens