燃料電池DC-DC變換器的研究與設(shè)計(jì).pdf

1、在新能源的開發(fā)和利用中，燃料電池因其具備高工作效率和高功率密度，對環(huán)境不造成污染，應(yīng)用也不受地域限制等諸多優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛關(guān)注。但是燃料電池呈現(xiàn)出偏軟的外特性，單體電池的輸出電壓僅在1V左右，而且受負(fù)載影響其動態(tài)特性很差，通常需要在其輸出端加入一級DC/DC變換器改善工作性能。在交直流微電網(wǎng)的應(yīng)用領(lǐng)域下，燃料電池DC/DC變換器則必須具備寬輸入電壓范圍、大升壓變比、高效率以及電氣隔離的特點(diǎn)。針對以上功能要求，本文具體設(shè)計(jì)了一臺用于交直流微

2、電網(wǎng)系統(tǒng)的3kW燃料電池 DC/DC變換器樣機(jī)，在此基礎(chǔ)上對其工作特性展開研究。本文主要工作內(nèi)容如下：
　　首先明確3kW燃料電池 DC/DC變換器的設(shè)計(jì)指標(biāo)與要求，提出三種可適用的拓?fù)湓O(shè)計(jì)方案，經(jīng)比較最終選定隔離升壓全橋變換器即IBFBC的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，進(jìn)而分析了IBFBC電路的穩(wěn)態(tài)工作機(jī)理。分別對IBFBC工作中存在的啟動問題、變壓器漏感問題以及升壓電感磁復(fù)位問題展開研究，分析其成因并對解決方案進(jìn)行比較分析。綜合各方面確定采用帶有

3、源鉗位的IBFBC主電路架構(gòu)設(shè)計(jì)。
　　在主電路架構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，根據(jù)指標(biāo)要求對IBFBC的主電路中的功率MOS管和整流二極管進(jìn)行選型設(shè)計(jì)，詳細(xì)計(jì)算了高頻變壓器、升壓電感以及其他無源功率器件的參數(shù)。進(jìn)而設(shè)計(jì)了以DSP28335為主控芯片的數(shù)字控制器的硬件電路，具體設(shè)計(jì)了PWM驅(qū)動電路、AD轉(zhuǎn)換電路和通訊電路等，并詳細(xì)分析了各電路的設(shè)計(jì)原理及參數(shù)選擇依據(jù)。
　　在建立起 IBFBC的狀態(tài)空間平均模型和交流小信號模型基礎(chǔ)上，借助

4、于Matlab/Simulink仿真工具，從控制理論角度研究了IBFBC的動、靜態(tài)特征，并采用PID校正控制改善系統(tǒng)性能。運(yùn)用Saber仿真則驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)的軟啟動控制算法的可行性和可操作性。進(jìn)而進(jìn)行了數(shù)字控制器的軟件總體方案設(shè)計(jì)，分別對主程序、PWM、ADC進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)。最終完成3kW燃料電池DC/DC變換器樣機(jī)的搭建，并進(jìn)行測試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，帶有源鉗位的IBFBC設(shè)計(jì)方案在理論與實(shí)踐上都具有可行性，并且能夠滿足交直流微電網(wǎng)對燃料電池