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摘 要

双向DC/DC变换器是一种能够在双象限工作的直流变换器，可以实现能量的双向传输。随着电子科技的发展，双向DC/DC变换器以应用到各式各样的领域，并会在以后的发展中，占据着越来越重要的地位。因为双向DC/DC变换器的各种优势，使得运用场合越来越多，并可以极大地改善系统的体积和成本，因此其具有极大地研究价值。

本文首先介绍了双向DC/DC变换器的发展历程及应用，详细分析了双向DC/DC的各种拓扑结构，并最终经过选择，决定使用非隔离型双向Buck-Boost变换器为仿真对象。文中对双向Buck-Boost变换器的工作原理进行了详细的分析，并根据电路设计的要求，合理选择了所需器件，并计算了各器件参数。对使用PI补偿器的双向Buck-Boost变换器控制系统进行调制，利用频域分析法对参数校正，给出设计参数。

最后，利用Saber仿真软件搭建系统模型，进行仿真调试，得出仿真结果，较好的证明了分析的正确性和控制的可行性。

关键词： 双向DC/DC变换器 双向Buck-Boost变换器 PI补偿器 Saber仿真

Research on Bidirectional DC/DC Converter

Abstract

Two-way DC/DC converter is a dual-quadrant can work in the DC converter,can achieve two-way energy transmission. With the development of electronic technology, two-way DC/DC converter to apply to a wide range of areas, and in the future development, occupy an increasingly important position. Because of the advantages of bi-directional DC/DC converters, making the use of more and more occasions, and can greatly improve the system size and cost, so it has great research value.

In this paper, the development process and application of bi-directional DC/DC converter are introduced. The topology of bidirectional DC/DC is analyzed in detail, and finally the non-isolated bidirectional Buck-Boost converter is selected as the simulation object. In this paper, the working principle of bidirectional Buck-Boost converter is analyzed in detail, and the required device is selected according to the requirements of circuit design, and the parameters of each device are calculated. The bidirectional Buck-Boost converter control system using PI compensator is modulated and the parameters are corrected by frequency domain analysis.

Finally, the Saber simulation software is used to build the system model, and the simulation results are obtained. The simulation results are obtained, which proves the correctness of the analysis and the feasibility of the control.

Key words: Bidirectional DC/DC converter Bi-directional; Buck-Boost converter; PI compensator; Saber simulation

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1课题研究背景及意义 1

1.2 研究现状与应用场合 2

1.3本文主要研究内容 3

第二章 双向DC/DC变换器的拓扑结构 5

2.1 DC/DC变换器基本原理与类型 5

2.1.1 DC/DC变换器基本原理 5

2.1.2 DC/DC变换器类型 5

2.1.3双向DC/DC变换器的构成方法 7

2.2 双向DC/DC变换器电路拓扑 8

2.2.1 非隔离型双向DC/DC变换器 8

2.2.2 隔离型双向DC/DC变换器 9

2.3 DC/DC变换器的拓扑选择 9

2.4本章小结 10

第三章 双向Buck-Boost的主电路分析及参数设计 11

3.1 双向Buck-Boost的主电路分析 11

3.1.1主电路的拓扑结构和工作方式 11

3.1.2交替工作方式具体分析 12

3.2 主电路开关管的选择及参数设计 13

3.2.1 主电路开关管的选择 13

3.2.2 主电路的主要参数设计 13

3.3 本章小结 16

第四章 双向DC/DC变换器的控制策略 17

4.1 双向DC/DC变换器的控制方式 17

4.2系统能量流向判断控制模式 20

4.2.1 能量流动判断 20

4. 3双向DC/DC变换器控制系统的实现 22

4.3.1 模拟控制的实现 22

4.3.2 数字控制的实现 24

4.4 本章小结 25

第五章 双向DC/DC变换器系统的仿真 26

5.1 双向DC/DC变换器系统的总体设计 26

5.2 双向DC/DC变换器系统闭环各环节的实现 27

5.2.1 电压采样环节 27

5.2.2 补偿环节 27

5.2.3脉宽调制环节 30

5.3双向DC/DC变换器系统的仿真实现 31

5.3.1 Buck仿真 32

5.3.2 PI补偿环节仿真 34

5.3.3 SG3525外围电路仿真 35

5.3.5 Buck和Boost模式切换时仿真 37

5.4 本章小结 38

第六章 总结 39

6.1 全文总结 39

6.2 未来展望 39

参考文献 40

第一章 绪论

1.1课题研究背景及意义

进入21世纪以来，人类对于能源的需求日益增加，但人类在获取能源的同时，也在对环境造成巨大的破坏。为了绿色发展，全球都在追寻绿色可再生能源，如风能，太阳能等。但是这些新能源发展并不成熟，存在不稳定性，所以限制了其发展。人们也把目光放到了已有基础上，对现有条件进行进一步开发，双向DC/DC变换器就是根据系统的要求，在不改变其端口电压极性的情况下，能够根据需要变换电流方向，当变换电流方向的时候，能量转换的方向也会随之变化，实现了能量的轮动，在进行方向变化时，也在进行着功率传输，可以等效为两个单向DC/DC变换器。目前有许多需要能量能够轮动的场合，但都存在着一些限制，比如系统体积和重量等等，这时就能体现到双向DC/DC变换器的优越性，所以其有着重要的研究价值^[1~3]。

20世纪80年代初，美国学者在进行卫星试验，但如何改善卫星体积与重量是他们需要处理的问题。一些学者发现蓄电池充放电部分占据着重大空间，便希望找到替代物，他们发现双向DC/DC变换器能完美取代蓄电池作用，而且体积重量更小，于是便使用双向DC/DC变换器替代蓄电池^[4]。1994年澳大利亚学者Felix.A.Himmeletoss结合前人经验并跟自己研究相结合，提出了不隔离双向直流变换器的4种拓扑结构并在PESC上发表^[5]。美国麻省理工和密西根州立大学均开展了汽车用12/42V DC/DC变换器双电源变换系统的研究 ^[6]。1998年，美国弗吉尼亚大学的李泽元教授进行了与燃料电池配套的双向直流变换器的研究^[7]。 日本的研究人员则在不间断电源，蓄电池储能和太阳能光伏系统等领域对双向DC/DC变换器展开了研究^[8][9]。

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