数字控制双向半桥DC-DC变换器的设计

目录0引言...........................................................11概述...........................................................21.1研究内容.....................................................21.2双向DC-DC变换器的原理......................................21.3双向DC-DC变换器的应用......................................31.3.1不停电电源系统..............................................31.3.2新能源发电系统..............................................41.3.3电动汽车、各种重型车辆的车载电源系统........................51.3.4蓄电池能量储备系统..........................................71.4双向DC-DC变换器软开关技术现状..............................71.5本论文的目的和主要工作......................................112双向半桥DC-DC变换器的工作原理...............................142.1引言........................................................142.2双向DC-DC变换器的工作原理.................................143参数设计......................................................243.1变压器漏感的设计............................................243.2输入电感的设计..............................................263.3开关管应力..................................................263.4隔直电容的选取..............................................263.5半桥臂开关管并联电容的选取..................................274双向半桥DC-DC变换器的仿真分析...............................284.1引言........................................................284.2MATLAB简介..................................................284.3闭环控制....................................................284.4仿真分析....................................................305双向半桥实现研究..............................................355.1DSP芯片介绍................................................355.1.1DSP芯片的发展.............................................355.1.2TMS320LF2407A芯片的介绍.................................365.2控制电路原理.................................................375.3电源电路.....................................................395.4采样电路.....................................................405.5通讯电路.....................................................425.6保护电路.....................................................425.7DC/DC变换器的驱动电路......................................436控制系统软件设计..............................................456.1主程序设计..................................................456.2中断服务程序设计............................................466.3基于DSP的直接移相脉冲生成方法..............................477技术经济性分析................................................498总结..........................................................50致谢............................................................51参考文献........................................................52附录A..........................................................54附录B..........................................................64**大学毕业设计（论文）10引言电力电子技术是研究电能变换原理与变换装置的综合性学科，是电力行业中广泛运用的电子技术。从上世纪60年代开始，电力电子技术作为一门新兴的学科得到迅速地发展，它是以研究和应用半导体器件来实现电力变换和控制的技术，是一门由电工、电力半导体器件以及控制技术相互交叉而出现的新兴学科。电力电子技术研究的内容非常广泛，包括电力半导体器件、磁性元件、电力电子电路、集成控制电路以及由上述元件、电路组成的电力变换装置，其中电力变换技术是开关电源的基础和核心。由于生产技术的不断发展，电力电子技术也随之迅速发展，使得双向DC-DC变换器的应用日益广泛。尤其是软开关技术的出现，使双向DC-DC变换器不断朝着高效化、小型化、高频化和高性能化的方向发展，开关技术的应用可以降低双向DC-DC变换器的开关损耗，提高变换器的工作效率，为变换器的高频化提供可能性，从而减小变换器的体积，提高变换器的动态性能。双向DC-DC变换器在直流不停电电源系统、航空电源系统、电动汽车等车载电源系统、直流功率放大器以及蓄电池储能等场合都得到了广泛的应用。数字控制双向半桥DC/DC变换器的设计21概述1.1研究内容随着科技和生产的发展，双向DC-DC变换器的需求逐渐增多。人们对它的研究越来越感兴趣。本章简单介绍了双向DC-DC变换器的原理和用途。针对双向DC-DC变换器的研究现状，阐明了开展双向DC-DC变换器研究的目的和意义。1.2双向DC-DC变换器的原理双向DC-DC变换器可广泛的应用于直流不停电电源系统、航天电源系统、混合电动汽车中的辅助动力供应系统、直流电机驱动系统及其它应用场合[1-3]。在这些需要能量双向流动的场合，两侧都是直流电压源或直流有源负载，它们的电压极性保持不变,希望能量双向流动，也就是电流的双向流动。这就需要双向DC-DC变换器。其结构如图1-1（a）所示，在两个直流电压源之间有一个双向DC-DC变换器，用于控制其间的能量传输[4]。I1和I2分别是V1和V2的平均输入电流。双向DC-DC变换器可以根据实际需要来控制能量的流动方向，即可以使能量从V1传输到V2(此时I1为负，而I2为正），也可以使能量从V2传输到V1（此时I1为正，而I2为负）。用通常的单向DC-DC变换器也可以实现能量的双向流动，但是这时就需要将两个单向DC-DC变换器反并联，因为通常的单向DC-DC变换器中主功率传输通路上一般都有二极管这个环节，因此能量经由变换器流动的方向只能是单向的。其结构图如图1-1（b）所示，单向DC-DC变换器①被用来控制处理从V1到V2的能量流动，当需要能量反向流动时就使用单向DC-DC变换器②。与采用两个单向DC-DC变换器反并联来达到能量双向传输的方案相比，双向DC-DC变换器应用同一个变换器来控制能量的双向传输，使用的总体器件数目少，且可以更加快速地进行两个方向功率变换的切换。再者，在低压大电流场合，一般双向DC-DC变换器更有可能在现成的电路上使用同步整流器工作方式，有利于降低通态损耗。总之，双向DC-DC变换器具有效率高、体积小、动态性能好和成本低等优势。**大学毕业设计（论文）3双向DC-DC变换器正向工作模式(I10，I20)反向工作模式(I10，I20)V1V2单向变换器①单向变换器②V2V1I1I2I1I2(a)双向DC-DC变换器结构（b）双单向变换器结构图1-1双向DC-DC变换功能框图Fig1-1Blockdiagramofbi-directionalDC-DCconverter1.3双向DC-DC变换器的应用1.3.1不停电电源系统直流不停电系统有两种系统结构。一种系统结构如图1-2所示，直流总线上直接并蓄电池组。当外部交流输入电源掉线时，负载由蓄电池来提供能量。正常供电时，交流输入对蓄电池浮充。由于蓄电池的电压变化范围很大，造成直流总线的电压也有较大的变化，很多直流负载对输入电压的稳定度有一定的要求，所以需在直流负载与直流总线之间加入DC-DC变换器，以保持直流总线电压的稳定。因此，正常供电时，交流电能要经过AC-DC和DC-DC二级变换，这样降低了效率。AC-DC整流器直流总线交流输入电源负载蓄电池双向DC-DC变换器图1-2含双向DC-DC直流变换器的直流不停电系统Fig1-2DCUPSincludingthesingleDC-DCconverter另一种系统结构如图1-3所示，蓄电池组经过双向DC-DC变换器并到直流总线上[5][6]。正常供电时，交流输入电源除了对负载供电外，还通过双向DC-DC变换器对蓄电池充电。当外部交流输入电源掉电，双向DC-DC变换器工作在反向方式，使蓄电池放电。数字控制双向半桥DC/DC变换器的设计4这种系统结构的好处：1)这种结构把电池充电的工作分离出来，正常供电时，经过一级AC-DC变换，向负载供电，提高了变换效率；2)运用双向DC-DC变换器单独控制蓄电池的充放电，更容易优化充放电过程，可以延长蓄电池的寿命。AC-DC整流器双向DC-DC变换器负载直流总线蓄电池交流输入电源图1-3含双向DC-DC直流变换器的直流不停电系统Fig1-3DCUPSincludingthebi-directionalDC-DCconverter同样道理，双向DC-DC变换器还可成为某些AC-UPS（交流不停电电源系统，也就是通常所说的UPS）中的中间直流总线与蓄电池之间的变换环节，图1-4是在线式交流不停电电源系统的系统结构。蓄电池组也是经过双向DC-DC变换器并到直流总线上。AC-DC整流器交流输入电源负载DC-AC逆变器双向DC-DC变换器直流总线旁路蓄电池图1-4双向DC-DC直流