双向交错并联DCDC变流器设计与仿真 - 图文

课题10：双向交错并联DC/DC变流器设计与仿真

主要性能指标要求：输入线电压10V-15V，交流输出功率400W，输出电压48V，电压控制稳态精度为3%，输出电压纹波峰峰值为100mv。

具体内容：要求学生在深入学习和分析双向交错并联DC/DC变换器的组成和工作原理基础上，完成主电路和驱动保护电路的硬件设计与元件选型，并在MATLAB SIMULINK平台上，完成控制系统仿真。

摘要

本设计是在双线交错并联DC/DC电路结构图的基础上进行主电路和驱动电路，保护电路的硬件设计，并通过对电路参数的计算进行元件选型，并在simulink上完成控制系统的仿真。

【关键词】DC/DC变换器，驱动电路PWM控制，保护电路

第一章 原理分析

1.1双向交错并联DC/DC变换器工作模式分析

Boost工作模式

该模式下电路的等效电路图如下图所示：

该电路的作用把低压端储存的能量通过Boost电路变换成电压较高、稳定的直流电源。 此时S3和S4工作，Csuper（Vin）放电。

由于变换器在启动时功率较大，而超级电容的电压又较低，故其放电电流较大，进而两路电感电流之和在变换器工作于Boost模式时一直处于连续工作状态。而且，当变换器工作在最大功率下时，每一路的电感电流也工作在连续状态。为了简化分析，对变换器工作于最大功率时，作出如下假设：

（1） 两路开关导通占空比相等，即D3=D4=D，相位差相差180度； （2） 两路电感相等，即L1=L2=L;

（3） 电路已经进入稳态，各个开关周期内电流相等。

根据开关管S3、S4占空比D的情况，Boost模式又可以分为3种状态：D<0.5，D=0.5和D>0.5。

当D<0.5时，由于开关管的导通时间较短，存在两路的续流二极管同时导通的情况，该状态下个阶段电路的主要波形如图2所示。

图2 Boost模式D<0.5时电路主要工作波形

释放能量，此阶段有：

在阶段一中，开关管S3开通，电感L1储存能量；开关管S4关断，D2续流，电感L2

在阶段二中，开关管S3关断，D1续流，电感L1释放能量；开关管S4关断，D2续流，电感L2释放能量，此阶段有：

阶段三和阶段四重复阶段一和阶段二的过程，根据图2和伏秒前平衡原理，可以分别求得电感电流的纹波△iL1、△IL2和超级电容的纹波△isc以及电压增益Ay:

当占空比D=0.5时，电路只有两个阶段， 开关管S3和S4轮流导通，该状态下的电路阶段过程和各阶段的主要工作波形如图3所示。

图3 Boost模式D=0.5时电路的主要工作波形

当开关管导通占空比继续增加至大于0.5之后，将会出现两个开关管同时导通的情况。该状态下一个开关周期的各阶段电路的主要工作波形如图4所示。