磁集成高增益低纹波DC_DC变换器技术研究

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1、硕士学位论文磁集成高增益低纹波DC/DC变换器技术研究STUDYONMAGNETICALLYINTERGRATEDDC/DCCONVERTERWITHHIGH-GAINANDLOWCURRENTRIPPLE刘朔阳哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TM46学校代码：10213国际图书分类号：621.3密级：公开工程硕士学位论文磁集成高增益低纹波DC/DC变换器技术研究硕士研究生：刘朔阳导师：徐殿国教授申请学位：工程硕士学科：电气工程所在单位：深圳研究生院答辩日期：2018年06月授予学位单位：哈尔滨工业大学Classif

2、iedIndex:TM46U.D.C:621.3AdissertationsubmittedinpartialfulfillmentoftherequirementsfortheacademicdegreeofMasterofEngineeringSTUDYONMAGNETICALLYINTERGRATEDDC/DCCONVERTERWITHHIGH-GAINANDLOWCURRENTRIPPLECandidate：LiuShuoyangSupervisor：Prof.XuDianguoAcademicDegreeApplied

3、for：MasterofEngineeringSpeciality：ElectricalEngineeringAffiliation：ShenzhenGraduateSchoolDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要燃料电池可以将化学能直接转化成电能，由于其排放物较为清洁，燃料电池及其相关变换器技术在当代备受关注，但燃料电池本身的特性对其配套变换器的设计提出了严格要求。本文针

4、对具有车载燃料电池应用背景的非隔离高增益DC/DC变换器的相关技术进行了研究。本课题所需求的变换器具有高增益、宽范围、低纹波、非隔离四点技术特征。文本第一章将上述技术特征分为两方面进行了文献调研。分析讨论了若干现有拓扑对于本次课题的优势与不足。本文第二章结合前人成果，采用磁集成方案，提出了磁集成高增益低纹波DC/DC升压拓扑，解决了高增益和低输入电流纹波含量不可兼得的矛盾。对所提出的拓扑进行了时域分析，给出了含寄生参数的电压增益公式，分析了各模态的运行情况，提出了可以实现零纹波的磁性元件参数条件，分析了参数偏差时的输入电流纹波抑

5、制效果。本文第三四章设计并搭建了两台对照实验原理样机，给出了参数设计的过程及器件选型结果，结合选型结果对正式方案变换器进行了效率计算。提出了采用调节绕组相对位置及线圈重叠匝数来改变耦合系数的方法。所缠绕出来的磁性元件三个耦合系数和三个感值共六个参数的实测值均满足设计需求。对所设计的两台原理样机进行了小信号模型推导及校正。对比了正式方案模型与Saber仿真扫频及原理样机实物扫频所得结果之间的差异，证明了所推导模型的有效性。提出了采用单零点双极点补偿装置串联RC滤波环节来实现双零点双极点补偿的方法，实现了输入电流闭环控制。设计了输入

6、电流采样及保护电路。输入电流信号使用霍尔电流传感器获得，实现了信号与功率的隔离。霍尔元件的输出信号经差分放大电路消除偏置并放大信号摆幅。保护功能由比较器输出低电平封锁开关管驱动的方式实现，可以减小故障工况带来的损失。本文第五章完成了两台原理样机的仿真与实验测试，在两种输入共十余种工况下对两台样机的运行数据做了记录，并以图表形式汇总至最后一章。实验结果表明本文所提出的磁集成高增益低纹波DC/DC变换器在纹波含量上明显优于对照方案，在效率上略优于对照方案，各项测试参数满足技术指标要求。关键词：燃料电池；DC/DC；非隔离；输入电流纹

7、波；高增益；宽范围-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractFuelcellscanconvertchemicalenergyintoelectricalenergydirectly.Becauseofthecleanemissions,fuelcellsandtheassociatedconvertertechnologiesarereceivingmoreandmoreattention.However,thecharacteristicsoffuelcellsimposestringentrequirements

8、onthedesignofconverters.Thisdissertationfocusesontherelatedtechnologiesofnon-isolatedhigh-gainDC/DCconvertersforautomotivefuelcella