自动化燃料电池dc-dc变换器的研究与设计v

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1、燃料电池DC/DC变换器的研究与设计黄宬武汉理工大学（申请工学硕士学位论文）燃料电池DC-DC变换器的研究与设计培养单位：自动化学院学科专业：控制科学与工程研究生：黄宬指导老师：黄亮副教授2015年5月分类号密级公开UDC学校代码10497学位论文题目燃料电池DC-DC变换器的研究与设计英文StudyanddesignonDC-DCConverter题目forFuelCellApplication研究生姓名黄宬指导教师姓名黄亮职称副教授学位博士单位名称自动化学院邮编430070申请学位级别硕士学科专

2、业名称控制科学与工程论文提交日期2015年6月论文答辩日期2015年5月学位授予单位武汉理工大学学位授予日期2015年6月答辩委员会主席全书海教授评阅人教授教授2015年5月武汉理工大学学位论文独创性声明及使用授权书独创性声明本人声明，所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已

3、在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生（签名）：日期学位论文使用授权书本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权武汉理工大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存或汇编本学位论文。同时授权经武汉理工大学认可的国家有关机构或论文数据库使用或收录本学位论文，并向社会公众提供信息服务。（保密的论文在解密后应遵守此规定）研究生（签名）：导师（签名）：日

4、期摘要在新能源的开发和利用中，燃料电池因其具备高工作效率和高功率密度，对环境不造成污染，应用也不受地域限制等诸多优点而得到广泛关注。但是燃料电池呈现出偏软的外特性，单体电池的输出电压仅在1V左右，而且受负载影响其动态特性很差，通常需要在其输出端加入一级DC/DC变换器改善工作性能。在交直流微电网的应用领域下，燃料电池DC/DC变换器则必须具备宽输入电压范围、大升压变比、高效率以及电气隔离的特点。针对以上功能要求，本文具体设计了一台用于交直流微电网系统的3kW燃料电池DC/DC变换器样机，在此基础上对

5、其工作特性展开研究。本文主要工作内容如下：首先明确3kW燃料电池DC/DC变换器的设计指标与要求，提出三种可适用的拓扑设计方案，经比较最终选定隔离升压全桥变换器即IBFBC的拓扑结构，进而分析了IBFBC电路的稳态工作机理。分别对IBFBC工作中存在的启动问题、变压器漏感问题以及升压电感磁复位问题展开研究，分析其成因并对解决方案进行比较分析。综合各方面确定采用带有源钳位的IBFBC主电路架构设计。在主电路架构设计的基础上，根据指标要求对IBFBC的主电路中的功率MOS管和整流二极管进行选型设计，详细

6、计算了高频变压器、升压电感以及其他无源功率器件的参数。进而设计了以DSP28335为主控芯片的数字控制器的硬件电路，具体设计了PWM驱动电路、AD转换电路和通讯电路等，并详细分析了各电路的设计原理及参数选择依据。在建立起IBFBC的状态空间平均模型和交流小信号模型基础上，借助于Matlab/Simulink仿真工具，从控制理论角度研究了IBFBC的动、静态特征，并采用PID校正控制改善系统性能。运用Saber仿真则验证了所设计的软启动控制算法的可行性和可操作性。进而进行了数字控制器的软件总体方案设计

7、，分别对主程序、PWM、ADC进行软件设计。最终完成3kW燃料电池DC/DC变换器样机的搭建，并进行测试。实验结果表明，带有源钳位的IBFBC设计方案在理论与实践上都具有可行性，并且能够满足交直流微电网对燃料电池DC/DC变换器宽输入、大升压、高效隔离的性能要求。关键词：燃料电池，宽输入，大升压，隔离升压全桥变换器，DSPAbstractIntheExploitation and Using of New-energy，Fuelcellhavebeenwidespreadconcernedbecau

8、seofitshighefficiency,lowenvironmentalimpactandscalability.However,fuelcellhasitsowndefecttoovercome,suchaslowoutputvoltage,baddynamic characteristicsandsoftoutputcharacteristics.ADC/DCconverterisusuallyaddedtoimprovefuelcell’sperforman