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基于碳化硅功率器件的车用变换器及其滑模控制研究

基于碳化硅功率器件的车用变换器及其滑模控制研究

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作者：王龙祥广西科技大学

学位级别：硕士

全球能源危机与环境污染问题日益突出,电动汽车由于在行驶过程中“零污染”和“零排放”的特点正在快速代替传统燃油车。电动汽车的发展给电力电子领域带来新的研究方向,如车用DC-DC变换器、充电桩、车载OBC等。车用双向DC-DC变换器作... 详细信息

全球能源危机与环境污染问题日益突出,电动汽车由于在行驶过程中“零污染”和“零排放”的特点正在快速代替传统燃油车。电动汽车的发展给电力电子领域带来新的研究方向,如车用DC-DC变换器、充电桩、车载OBC等。车用双向DC-DC变换器作为电动汽车中动力电池和电机驱动之间的桥梁,对电动汽车的安全、稳定运行具有十分重要的意义。此外,随着电动汽车整车电压等级和功率等级的提高,传统硅器件的性能逐渐难以满足在电动汽车领域的应用,而新型碳化硅器件因其优越的性能得到广泛关注。因此,本文以电动汽车为研究背景,使用SiC MOSFET提出了一种新型车用双向DC-DC变换器拓扑。本文首先分析了目前常见的双向DC-DC变换器拓扑结构,在此基础上提出一种新型谐振电流馈电双向DC-DC变换器。此变换器利用谐振实现开关管的软开关,弥补了电流馈电型变换器的缺点,并具有高电压增益和效率。在不改变现有电池输出电压等级的前提下,该拓扑仍能实现高电压输出。同时对该变换器工作原理和数学模型进行研究,推导出变换器增益函数以及软开关的约束条件,并根据增益函数对变换器的参数进行设计。其次,设计谐振电流馈电双向DC-DC变换器的滑模控制器。分析滑模控制基础理论以及在DC-DC变换器中的应用特性。本文以输出电压和参考电压之间的差值及积分作为滑模面,设计滑模控制器,并通过仿真实验证明滑模控制有利于谐振电流馈电变换器的动态性能和稳态性能。最后,搭建仿真实验模型和实验样机。根据前文计算出的参数,在MATLAB/SIMULINK中搭建仿真模型,验证变换器的工作原理和滑模控制的优越性。此外,设计谐振电流馈电双向DC-DC变换器的实验样机,并分析关键波形和实验数据,进一步证明所提变换器拓扑结构的可行性和输出特性,且能够满足电动汽车对DC-DC变换器的要求。

关键词：双向DC-DC变换器 SiC MOSFET 谐振电流馈电软开关滑模控制

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