1、城南学院毕业设计(论文)开题报告题目：双向直流变换器课 题 类 别： 设计 论文 学 生 姓 名：刘岳勤学 号：201197250125班 级：工电 1101 班专业（全称）：工业电气自动化指 导 教 师：刘铮2014 年 12 月1、本课题设计（研究）的目的：（1）通过本毕业设计，培养独立查阅文献资料的能力、自学能力，学习和掌握解决问题的基本方法和步骤；（2）收集相关教材、论文和标准，掌握双向直流变换器的拓扑结构、基本原理、和控制系统工作原理；（3）设计小功率的 DC/DC 电路，并且完成 PWM 控制方法及 PI 闭环控制的设计；（4）利用 MATLAB 完成基于小功率的双向直流变换器的仿
2、真实验； （5）撰写的开题报告和毕业设计论文应符合规范要求遵守毕业设计期间纪律要求，按时保质保量完成各阶段任务；（6）写毕业论文，阐述双向直流变换器的拓扑结构、基本原理和控制系统设计方案，说明双向直流变换器的基本组成、实现方案和仿真结果；2、设计（研究）现状和发展趋势（文献综述）：在 20 世纪 80 年代初期，由于人造卫星太阳能电源系统的体积和重量很大，美国学者提出了用双向 Buck/Boost 直流变换器来代替原有的充放电器，从而实现汇流条电压的稳定。之后，发表了大量文章对人造卫星应用蓄电池调节器进行了系统的研究，并应用到了实体中。1994 年，香港大学陈清泉教授将双向直流变换器应用到电动
3、车上。同年，ECaricchi 等教授研制成功来了用 20kw 水冷式双向直流变换器应用到电动车驱动，由于直流变换器的输入输出电压极性相反，不适合电动车，所以他提出了一种 Buck-Boost 级联型双向直流变换器。1998 年，美国弗吉尼亚大学李泽元教授开始研究双向直流变换器在燃料电池上的配套应用。1994 年，澳大利亚 Felix A.Himmelstoss 发表论文，总结出了不隔离双向直流变换器的拓扑结构。他是在单管直流变换器的开关管上反并联二极管，在二极管上反并联开关管，从而构成四种不隔离的双向直流变换器，Buck-Boost,Buck/Boost,Cuk 和 Sepi-Zeta 双向
4、直流变换器。隔离式双向直流变换器有正激，反激，推挽和桥式等拓扑结构。反激式变换器是基于 Buck/Boost 直流变换器设计的，电路结构对称，相比之下更易于构成双向直流变换器。但普通的反激式变换器容易产生电压尖峰和震荡，2001 年陈刚博士提出了有源嵌位双向反激式直流变换器，有效的消除了电压尖峰和震荡，并且实现了开关管的零电流开关，减少了开关器件的电压应力。推挽式变换器也具有对称的电路结构，且结构简单，但存在变换器的偏磁和漏感，从而限制了变换器的应用。所以有学者提出，在输入输出电压相差较大的场合，可以应用由推挽变换器和半桥变换器组成的混合式变换器。桥式直流变换器有俩类电路：一种是双有源式变换器
5、，电路结构对称，通过控制相位角来控制俩直流电源间能量传输的方向和大小;另一种是由电压源型桥式直流变换器和电流源直流变换器构成，且这两种电路具有软开关特性。双向 DC/DC 变换器主要应用在：电动汽车，太阳能电池阵，不停电电源（UPS） ，分布式电站等方面。2001 年浙江大学陈刚博士在双向反激式直流变换器基础上提出有源箝位双向反激式直流变换器，变压器原副边箝位电路的引入，消除了普通反激变换器中的电压尖峰和振荡，实现了所有开关管的零电流开关，减少了开关器件的电压应力。虽然复合有源箝位电路实现了软开关，箝住了关断电压尖峰，但是由于箝位电容 Cc 的引入，使得个别器件的电压增益增加了 Vcc，Vcc
6、 是箝位电容上的电压。推挽式直流变换器也有对称的电路结构，1989 年就有学者提出了双向推挽直流变换器的电路。推挽变换器的结构简单，但变压器的偏磁和漏磁限制了这种变换器的应用。在输入输出电压相差较大的场合，一种由推挽变换器和半桥变换器组合成的混合变换器得到了发展。 2004 年南京航空航天大学张方华博士对推挽正激移相式双向 DC-DC 变换器、级联式双向 DC-DC 变换器、正反激组合式双向 DC-DC 变换器做了深入的研究，提出了许多新型的适合于双向变换应用场合的应用电路，研究了其控制模型，通过双向控制模型的分析，采用 PID 补偿环节的单电压闭环实现了系统闭环稳定。3、设计内容设计一个小功
7、率的双向 DC-DC 变换器，该变换器由以下3部分组成： （1）主电路降压电路采用移相 PWM-ZVZCS 的桥式功率变换电路，升压部分采用新型软开关推挽式 Boost 功率变换电路； （2）控制电路由 A/D 采样控制模块、数字 PID 控制模块、数字 PWM 控制模块组成；（3）其他辅助电路包括电压电流取样电路、保护电路、A/D 转换电路、驱动电路、辅助电源电路、无源晶振电路、给定信号输入电路。四 研究重点和难点及方法1）研究重点（1）升压电路、降压电路中开关功率管软开关的实现； （2）基于 FPGA 的控制电路的设计； （3）控制电路各个模块的编译、仿真。2）研究难点（1）降压控制模块中
8、移相控制模块的设计，如何通过设计一个变量改变超前桥臂和滞后桥臂之间的移相角； (2)数字 PWM 控制模块的设计、编译、仿真； （3）如何利用 FPGA 实现数字 PID 调节。3）研究方法通过在网上或者学校图书馆中文数据库里查找关于双向 DC-DC 变换器及 FPGA 的文献资料，通过各文献资料的比较之后首先确定主电路的拓扑结构，明确设计参数，在主电路大体思路了解之后然后定下控制电路的模块组成，通过运用 VHDL 语言与原理图输入相结合的方法对模块进行编译、仿真、引脚锁定、配置文件下载等步骤之后，最后与主电路以及一些辅助电路进行结合，最终完成整个系统的设计。四 设计（研究）进度计划：1-3
9、周：毕业实习4-5 周：查阅和搜集文献和资料6-7 周：外文翻译，撰写开题报告8-9 周：提出设计的思路和进行方案论证10-12 周：进行系统硬件设计3-14 周：系统软件设计15-16 周：检查修改文档，调试程序，打印论文17 周：毕业答辩五 参考文献：1 刘晓艳.基于 FPGA 的高频 PWM 开关电源控制器设计D.江苏大学硕士学位论文，2009，6. 2 陈冲.一种新颖的软开关双向 DC-DC 变换器D. 合肥工业大学硕士学位论文，2007，5. 3 黄俊，王兆安.电力电子技术M.北京：机械工业出版社，2008.4 凌俊杰. 一种新型零电压、零电流全桥 PWM DC-DC 变换器的研制D
10、.江苏大学硕士学位论文，2005，6. 5 庄元明.双向全桥 DC-DC 变换器研究D.南京师范大学硕士学位论文，2007，4. 6 吴金桥.一种车载电源双向 DC-DC 变换器的研究D.合肥工业工业硕士学位论文，2006,11. 7 方如举.一种新型双向 DC-DC 变换器的研究D. 合肥工业大学硕士学位论文，2006 ，4. 8 张占松，蔡宣三.开关电源的原理与设计M北京：电子工业出版社，1999. 9 曲学基，王增幅，曲敬铠.新编高频开关稳压电源M北京：电子工业出版社，2005. 10 常栋梁.基于 FPGA 的数字 PWM 控制器的研制D.西安科技大学硕士学位论文，2008,4. 11 潘 松，黄继业 . EDA 技术使用教程M.北京：科学出版社，2008. 12 清源计算机工作室 . Protel 99 SE 原理图与 PCB 及仿真 M.北京：机械工业出版社，2008. 指导教师意见签名： 月 日教研室（学术小组）意见教研室主任（学术小组长） （签章）：月 日
