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双向DC/DC变换器的设计与研究

张志强  
【摘要】:推动能源绿色发展和循环发展已经成为国际社会亟待解决的课题。锂离子电池因具有功率密度大,无记忆性,充放电次数多等优点被广泛的应用于电力储能相关领域。本文将针对锂离子电池旨在设计出充电电压和充放电电流可调的高性能双向DC/DC变换器。 首先,本文通过参考国内外相关文献,对双向DC/DC变换器拓扑结构进行详细对比分析,选择了以双向半桥DC/DC变换器拓扑为基础,通过并联移相构成三相交错的拓扑作为主电路拓扑结构,并对其优势进行了分析;结合同步整流技术详细分析了双向DC/DC变换器工作在BUCK和BOOST两种工作模式下的工作原理。 其次,根据锂离子电池充放电的特性,以及常见充放电方式的分析,选择了恒流恒压充电方式以及恒流放电方式,并确定了整体设计方案。本文设计的双向DC/DC变换器分为系统硬件设计和软件设计两个部分。根据系统硬件设计指标,选择了DC/DC控制芯片LTC3829和LTC3787,完成了开关管驱动电路设计以及主电路参数的设计,实现了不依靠单片机进行PWM波形控制的设计方案;结合DC/DC控制芯片的特点,通过多个芯片并联完成了三相交错双向半桥拓扑结构的搭建;搭配电源管理芯片LTC4000,完成了恒流恒压调节环路的设计,并结合LTC4000芯片特点,实现了充电电压和充放电电流的可调性。系统软件设计选择以STM32F103RCT6为主控制芯片,编写了相关控制程序。 最后,本文采用仿真软件LTspice搭建硬件电路,对两种工作模式进行仿真,得到充放电过程曲线图,并通过仿真,验证了电流电压的可调性,仿真结果与理论分析相符。依照理论设计制作了样机,通过样机调试,验证了电路拓扑选择、参数设计以及控制方案设计的正确性,从而验证了课题成果的正确性和可行性。


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