动态WPT接收端DCDC变换器优化设计

作     者：李海悦 

作者单位：哈尔滨工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张千帆

授予年度：2021年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：电动汽车 动态无线充电 DCDC变换器 优化设计 模式平滑切换 

摘      要：动态无线充电可以实现电动汽车在行驶过程中补充电能,研究动态无线电能传输对电池充电具有重要意义。本文主要针对动态无线电能传输系统中接收端DCDC变换器展开研究,主要原因:其一,动态无线电能传输系统接收端输入、输出电压波动大,从系统综合考虑需要DCDC实现升降压,为了减小输出对电池的影响,需要采用恒流充电,因此需要通过控制减小充电功率、电流波动;其二,为了节约电能,需要提高接收端DCDC变换器的效率,同时通过合理设计接收端DCDC变换器参数可以有效提高效率,因此本文将对接收端DCDC变换器参数进行优化设计;最后,接收端变换器为车载,需要缩小DCDC变换器的体积,提高功率密度,因此本文最后一章致力于DCDC变换器硬件设计来优化功率密度。具体来讲本文主要研究内容如下:首先,根据本课题的要求选择合适的变换器拓扑,并且对所选的双管BuckBoost拓扑工作模式进行了详细的分析,提出了模式平滑切换策略和抑制互感波动的方法,并且对所提出的控制策略和方法进行了仿真和实验验证,实现DCDC变换器控制策略优化设计。其次,变换器参数对于变换器的效率和功率密度具有重要研究意义,通过对变换器参数进行优化设计,得到一组合适的参数可以提高变换器的效率和功率密度,本文提出了一种用于电感参数优化设计方法,该方法将系统的损耗解析化,通过优化效率间接优化功率密度;对主电路中的功率器件、功率电感进行了选型和设计,利用MAXWELL软件对变换器中电感损耗进行了仿真分析,利用LTspice软件对变换器中功率器件损耗进行了仿真分析;并应用这种方法对动态无线充电系统进行了设计。设计的电感具有更小的体积,更小的损耗。最后,根据上述控制策略、电感参数优化设计结果,对输出电容进行了选型和设计,对输入电容进行了设计,根据设计指标,对主电路和驱动电路进行了设计并绘制了主电路PCB,主电路采用PCB布线,层叠母排在PCB上实现,并且对主电路PCB的温升进行了仿真分析;在PCB上优化换流回路的寄生电感,并对接收端变换器进行热设计,利用Icepak和Plecs软件对变换器系统中的散热器进行了设计;根据上述控制策略、参数优化设计结果、硬件设计对变换器的功率密度进行了评估。