摘 要

燃料电池（fuel cell）是一种前景好的新型电动能源。它具有污染极小、无噪音、保持高的能量转化效率、过负载能力强等许多优势。它也是一种比较高效转换的装置，应用于需要电动力和新能源的诸多领域。它的通常不是很高，那么在FC的输出处到电网母线处之间设计一个具备升压能力的变换设备就很重要，即升压型DCDC变换器。本文是关于两相交错并联boost的研究。主要设计内容如下：

它是100kW级大功率大电压的计算。先是说明了选题的背景和意义，并且对fuel cell的基本情况给出了论述，重点说明了DCDC装置的应用功能。从基本boost原理着手分析，并针对双相交错并联boost DC/DC转换器拓扑的分析研究上确定了适合此要求的主电路图。介绍了设计电路的工作原理和模式。计算了电压增益大小和占空比D的范围。还对主电路的硬件参数进行计算。完成器件的选型和控制电路（功率驱动电路，电压、电流和温度采集处理电路等）的设计，绘出了各部分的设计图。讲明了软件设计，通过上位机和相关硬件设备连接来实现总的控制。给出了主程序和中断程序的框图。最后通过仿真软件MATLAB/simulink对两相交错并联主电路进行仿真，对仿真波形进行分析计算，证实了此次设计的可靠性和可行性，并得出相应结论。

关键词：燃料电池，DC/DC变换器，两相交错并联，仿真实验

Abstract

Fuel cell is a kind of new type of electric energy which has good development prospects. It has many advantages,such as little pollution, no noise, high energy conversion efficiency,high load capacity and so on. Fuel cell is a kind of equipment which is relatively high energy conversion. Its` usually not very high,then the output of the FC to the power grid between the design of a power boost converter equipment is very important. That is a boost DCDC converter. On the basis of the boost converter of the fuel cell,this paper is about the research of 100kW level multi-phase interleaved parallel boost converter. The main design contents are:

It is the calculation of high power and big voltage of 100kW class. Firstly explaining the background and significance of the topic, and the basic situation of the fuel cell is discussed, focusing on the application of DCDC devices. Based on the analysis of the basic boost principle and the analysis of the DC/DC boost converter topology, the main circuit for this requirement is determined. This paper introduces the working principle and mode of the design circuit. The range of the voltage gain size and the duty cycle of the D is calculated. The hardware parameters of the main circuit are calculated. Complete the design of device selection and control circuit (power drive circuit,voltage, current and temperature acquisition and processing circuit, etc), and draw the design of each part. Then introducing software design, the specific description of the synthesis of software and hardware, through the host computer and related hardware devices to achieve total control. The block diagram of the main program and interrupt program is given. Finally through the simulation software MATLAB/simulink simulation of two phase staggered parallel main circuit, the simulation waveform analysis, confirmed the reliability and feasibility of the design and the corresponding conclusions.

Keyword:fuel cell, DC/DC converter, multiphase crisscross parallel, simulation experiment.

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 燃料电池概述 1

1.2.1 燃料电池概念 1

1.2.2 燃料电池现状 2

1.3 DC/DC变换器研究现状 3

1.3.1 升压型DC/DC变换器应用 3

1.3.2 交错并联DC/DC变换器研究现状 4

1.4 本文研究内容 6

第2章 燃料电池升压DC/DC变换器方案设计 7

2.1 总体设计指标 7

2.2 DC/DC变换器种类 7

2.3 升压型DC/DC电路分析 9

2.4 两相交错并联升压DC/DC电路设计 11

2.4.1 DC/DC变换器方案设计 11

2.4.2 主电路运行原理 13

2.5 本章小结 14

第3章 升压DC/DC变换器硬件设计 15

3.1 主电路参数设计 15

3.1.1 储能L和滤波电路LC的选择 15

3.1.2 开关管Q和二极管的选择 16

3.2 控制电路设计 17

3.2.1 驱动电路的调制方式 17

3.2.2 PWM电压控制 17

3.2.3 驱动控制集成电路选型 18

3.3 采集处理设计 19

3.3.1 电压、电流采集处理 19

3.3.2 保护电路设计 20

3.4通信电路 21

3.5 本章小结 22

第4章 DC/DC变换器软件设计 23

4.1引言 23

4.2 主程序设计 23

4.3 中断程序设计 24

4.4 本章小结 24

第5章DC/DC建模仿真与分析 25

5.1 仿真软件介绍 25

5.2 电路模型搭建和仿真结果 25

5.2.1 仿真建立及参数设置 25

5.2.2 仿真波形 27

5.2.3 实验结果分析 29

5.3 本章小结 29

第6章 总结与展望 30

6.1 总结 30

6.2 展望 31

致 谢 32

参考文献 33

第1章 绪论

本章首先叙述了研究的背景和意义。讲述了燃料电池的原理和分类等，说明了研究高效率、低耗损、无污染的燃料电池的重大意义和未来发展道路。重点是对fuel cell升压DC/DC变换器的应用介绍与研究情况。也说明了主要设计任务。这是对本设计有了一个开端。

1.1 研究背景及意义

近年来，随着日益突出的资源和环境问题，以及能源、环保等的出现，人们更多关注与新能源的研究和发展实现。许多新能源，如：太阳能、氢能、风能等等，其为可再生能源且再生周期短，同时是清洁无污染的，所以成为解决能源问题的有效途径。在国家严重的资源短缺、危机发生以后，实验科学发明的重点朝着新型的优质的方向出发。其中风力发电、太阳能发电的发展最为迅速，燃料电池更是备受关注^[1]。

由此可见，能源尤其显得最为重要。而相对于传统的能源利用发展特点（能源利用量大、环境污染、噪声污染、低效率等弊端），新型能源的发展技术更是追求清洁环保、高效、无污染等高品质的能源技术。而燃料电池(FC)是一种在追求新型无污染、低噪声、高效率和可靠性好的新能源的基础上所推崇的最具高质量的可靠的能源技术^[2-4]。