buck-boost级联型变换器及其控制方法——毕业论文

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1、武汉理工大学毕业设计（论文）目录摘要IAbstractII1绪论11.1研究的背景及意义11.2国内外发展现状31.3本文主要研究内容52能量调节器主电路的分析与设计62.1主电路拓扑结构选择62.1.1buck变换器原理62.1.2boost变换器原理72.1.3buck-boost变换器原理82.1.4几种电路拓扑的比较92.2主电路工作原理92.3buck-boost变换器建模分析102.3.1buck变换器开关网络建模112.3.2boost变换器开关网络建模132.3.2buck-bo

2、ost变换器建模152.4主电路参数设计172.4.1输出滤波电感的设计172.4.2输出滤波电容的设计182.5主电路仿真192.6本章小结243平均电流模式研究253.1电流型控制器概述253.1.1电流型控制器的结构253.1.2平均电流控制模式分析263.2电流控制器的设计273.2.1电流内环设计273.2.2功率级等效模型293.2.3电压外环设计313.3平均电流控制模式仿真33武汉理工大学毕业设计（论文）3.4本章小结374能量输出控制研究384.1能量模式的分析384.2基于电

3、流模式的变换器建模分析394.3电流型控制器的设计414.4数字控制器实现444.4.1数字控制器概述444.4.2数字PID控制器的实现454.4.3基于DSP2407的控制策略概述464.5本章小结465能耗分析与机箱设计475.1调节器能耗分析475.2机箱设计495.2.1散热方式选择495.2.2参数计算505.2.3散热分析仿真525.3本章小结526全文总结及展望53参考文献54致谢56武汉理工大学毕业设计（论文）摘要燃料电池是21世纪全新、高效、节能、环保的发电方式之一，但其输出

4、特性偏软，直接给负载供电时不能满足输出稳定的要求并会给燃料电池带来严重伤害，因此研究一种高效的能量调节器具有十分重要的意义。能量调节器要求能适应输入电压宽范围变化，在传统buck和boost变换器的基础上，本文研究一种buck-boost级联型变换器及其控制方法，主要研究内容如下：首先阐述了buck-boost级联变换器的结构特点及其工作原理，并根据设计要求计算主电路参数并通过MATLAB和saber仿真进行优化，利用开关网络建模法建立了buck和boost型开关网络的小信号模型，进而得到级联变

5、换器的小信号模型。其次，根据平均电流控制法设计了电压环和电流环控制器并在MATLAB中进行仿真，验证了设计的合理性。然后，论述了调节器工作于能量输出模式的必要性并分析了调节器在能量流动中的作用，建立了基于蓄电池二阶等效模型的能量输出模式下的调节器模型，并设计了PID控制器，根据仿真结果对整个设计进行了评价。采用前向差分法进行离散化并推导得出数字控制算法，阐述了基于DSP的控制策略。最后应提高效率和功率密度的要求进行了机箱散热设计，在ansys软件中用Icepack工具进行温度分布仿真，验证了设计

6、结果符合要求。关键词：buck-boost；建模；MATLAB仿真；能量输出；散热设计56武汉理工大学毕业设计（论文）AbstractFuelcellisoneofthe21stcentury’snew,high-efficiency,energy-savingandenvironmental-protectionwayinpower-generating.Butitsoutputcharacteristicisalittlesoftthatoutputvoltagewilldropheavil

7、ywhentheloadcurrentincreases.Ifthefuelcellsupplyfortheloaddirectly,theoutputcan’tmeetthestablerequirement.What’smore,itwillbringthefuelcellsystemseriousdamage.Therefore,researchingforahighlyefficientpowerconditionerhasaveryvitalsignificance.Thepowerc

8、onditionerisrequiredtomeetthewideinputvoltagedemand.Basedonthetraditionalbuckorboostconverter,abuck-boostcascadeconverteranditscontrolmethodisresearched.Themainresearchareasfollows:First,thestructurecharacteristicsandworkingprincipleofthebuck-boostca