电动汽车用交错并联型高增益DC-DC变换器的研究与设计

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随着现代汽车工业的发展,石油资源的过度消耗和严重的环境污染已成为经济可持续发展的两大瓶颈。为有效缓解我国能源与环境压力,大规模发展新能源(电动)汽车,是推动汽车产业技术创新与转型升级的重要战略措施。电动汽车用DC-DC变换器需要具备高效率、高电压增益和低输入电流纹波等特点,是电动汽车中重要的部件。因此,研究电动汽车用DC-DC变换器,对于推动电动汽车的技术进步和发展具有重要的意义和工程应用价值。
  首先,本文介绍了新能源与电动汽车的发展背景,归纳总结了电动汽车用 DC-DC变换器的特点以及国内外研究现状。通过创新耦合电感升压单元的拓扑结构,提出一种基于新型耦合电感升压单元的DC-DC变换器,该变换器采用级联型升压变换器结构和耦合电感升压单元。研究了其工作状态,分析了变换器稳态性能,通过电路仿真验证了理论分析的正确性。该变换器具有电压增益高、开关管和二极管电压应力低的优点,但其输入电流纹波较大。
  其次,为了抑制变换器的输入电流波动,适合电动汽车动力系统,提出一种新型电动汽车用交错并联型高增益DC-DC变换器,基于新型耦合电感升压单元,通过交错并联结构降低输入电流纹波。该变换器具有电压增益高、输入电流纹波低、半导体器件电压应力低和开关管、二极管软开关工作的优点。分析了变换器的工作模式,研究了电压增益、考虑导通损耗时的工作效率和输入电流纹波等稳态性能,对比该变换器与其他变换器的相关性能,突出了其电压增益高、半导体器件电压应力低的优点。给出了该变换器主电路,包括耦合电感、半导体器件和电容等器件的参数设计。建立了该变换器的小信号模型,设计了电压闭环控制系统,实现了电压闭环,确保了输出电压的稳定。
  最后,搭建了电动汽车用交错并联型高增益DC-DC变换器的电路仿真平台,制作了一台40V-400V 400W的实验样机,进行了电路仿真和样机实验。验证了理论分析的合理性和正确性。
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