太阳能与超级电容混合供电装置在电动汽车领域和分布式可再生能源发电系统中的应用,近年来引起了广泛关注。为了使混合供电装置、主电源及负载之间有效地结合起来,目前主要使用多个单输入DC-DC变换器来作为接口电路。然而,使用多端口DC-DC变换器来取代原来的单输入DC-DC变换器,不仅可以提高可再生能源发电系统的可靠性和电能利用率,还能简化系统的拓扑结构,节约成本,实现集中控制。本文针对多端口变换器在电动汽车中的能量管理问题,选择一种三半桥DC-DC变换器来作为太阳能与超级电容混合供电装置的接口电路。其两个端口为能量输入端口分别连接太阳能电池和超级电容,另一端口为能量输出端口用于连接电动车负载。三个端口之间通过三绕组变压器连接,满足输入端口的低电平、低电流纹波、电气隔离的需求。主要研究工作如下:(1)分析三端口变换器的Y型和△型等效电路模型,以△等效电路为基础,分析具有死区时间的三端口变换器的稳态特性。分析软开关范围,对变换器在十八种开关状态下变压器的漏电流进行计算,分析端口电压、移相角与功率传输的关系。(2)基于变换器十八种工作模式的简化电路,选择变换器的电感电流、电容电压和△型等效电路的等效电感电流作为状态变量。通过引入开关函数建立具有死区时间的三半桥变换器降阶型状态空间平均数学模型。在状态空间平均模型的基础上推导出其线性小信号模型和相应的等效电路。以小信号模型为基础,推导出被控量与控制量的开环传递函数。(3)由于三端口隔离型半桥式DC-DC变换器是电流型输入结构,对输入电感电流的控制较为容易,因此采用内环电流控制-外环电压控制的控制。电流内环中的两个输入端存在耦合,一端的输入量变化影响另一端的输出量,因此在传统双闭环结构基础上,加入解耦控制,使用串联补偿器,让输入输出传递函数矩阵对角化,推导出解耦网络的传递函数矩阵。(4)采用自动控制理论中的开环对数频率特性曲线法,分析解耦后系统的幅频特性、相频特性、开环根轨迹分布,分别对变换器电流内环和电压外环的补偿网络进行设计。并在Matlab/Simulink软件中,先对传统三半桥结构与新型具有死区时间的三半桥结构的软开关问题进行对比仿真,在开关管导通和关断瞬间,具有死区时间的变换器均能实现软开关。然后对加入解耦网络前后的双闭环系统进行对比仿真。在电流内环解耦仿真中,当发生参考电流出现阶跃变化时,最大出现0.4A左右的波动。相比于解耦前的系统,跟随更迅速,电流波动更小,在解耦控制的作用下,实现对两个输入电感电流的自治控制;在双闭环仿真中,发生输入电源电压扰动和负载扰动时,最大出现0.4V左右的波动,并迅速稳定在50V。相比于解耦前的系统,电压波动更小,且恢复稳定的速度更快,表明解耦控制后的电压外环系统具有更好的抗扰性、动态性能和输出精度。最后对太阳能电池与超级电容器组成辅助供电系统的三种工作模式进行了仿真,验证不同工作模式下,均可为直流负载提供稳定的功率。