全桥双向DC-DC变换器的'占空比-变压器-电感'匹配设计与稳定性控制

混合动力船舶的电力系统设计对于提高能源效率和降低成本至关重要。本文主要关注于全桥双向DC-DC变换器在这样的应用背景下的研究与设计。全桥双向DC-DC变换器，作为关键组件，能够在Buck和Boost两种模式下实现电压的双向转换，这在电动汽车和混合动力船舶中都扮演着核心角色。 Buck模式和Boost模式是全桥变换器的主要工作模式，它们各自有不同的参数设计需求。Buck模式主要用于降压，电感在这种模式下起滤波作用，确保输出电压稳定，这对于电池的恒压充电至关重要，能够保障电池的安全和使用寿命。而Boost模式则负责升压，电感在此处起到储能和升压的作用，确保母线电压的稳定，这对于混合动力船舶的电力分配和管理非常重要。 传统的设计方法往往难以同时满足这两种模式的参数要求，因为变压器和电感的参数设定必须兼顾两种工作状态。为了解决这一难题，作者提出了一种创新的"占空比-变压器-电感"匹配设计法。这种方法通过精确计算和优化占空比，即开关周期内导通时间与总周期的比例，以及变压器和电感的规格，使得变换器在不同模式下都能达到最佳性能。 设计的核心在于建立双向DC-DC变换器在小信号模型下的控制系统。基于这个模型，设计出了针对Buck和Boost模式的电压单闭环控制系统。这种控制策略能够实时调整电路参数，确保输出电压在两种工作模式下都能保持稳定，从而实现高效且稳定的电力转换。 仿真实验部分，通过验证所设计的控制系统的有效性，进一步证明了这种匹配设计法的有效性和实用性。结果表明，无论是在Buck模式下为动力电池提供恒压充电，还是在Boost模式下维持母线电压稳定，所设计的双向DC-DC变换器都能够满足混合动力船舶的实际需求。 本文的研究不仅提升了全桥双向DC-DC变换器的性能匹配度，还为混合动力船舶的电力系统设计提供了一种新的解决方案，有助于提高整个系统的效率和可靠性，对于推动绿色航运的发展具有重要意义。