用于能量回收的大功率DC/DC装置的研究与实现

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随着资源的减少,人们越来越重视能量的利用与回收,能量回收装置因此应运而生。它被广泛的应用于车辆、电网储能、工程机械等系统当中,而用于能量回收的大功率DC/DC装置是能量回收装置的核心。用于能量回收的大功率DC/DC装置不仅可以正向传播能量,而且可以反向传播能量。本文在查阅大量的有关用于能量回收的大功率DC/DC装置文献的基础上,对用于能量回收的大功率DC/DC装置进行了详细的分析,并针对某大型工程机械设计了一款用于能量回收的大功率DC/DC装置,使得在大功率的情况下,能量利用与回收通过该装置得以实现。本文首先分析了能够实现能量回收的各种主电路拓扑,并根据各个拓扑的特点得出了使用多相交错的主电路拓扑来实现大功率情况下的能量回收,而本文从所需要设计装置的实际情况出发选择了两相交错型的主电路拓扑设计了该装置。其次,本文通过分析该两相交错型拓扑的工作原理和软开关技术的实现方式进而提出了使用控制两相交错型拓扑中主功率开关管开通和关断的时序来实现该两相交错型拓扑的软开关技术,并使用Matlab/Simulink进行了仿真验证了原理的正确性。紧接着,从硬件的角度分析了通过控制主功率开关管开通和关断的时序来实现软开关的条件以及对主电路拓扑的功率开关管、电感、电容进行了设计选型。再接着,分析并设计了该主电路拓扑中功率开关管的驱动。最后,详细分析了控制电路的原理,设计了具有滤波和隔离的电压电流采样电路以及基于DSP控制的主电路板,并在DSP上实现了带AD校正的采样、软开关的控制、环路的控制、保护的控制程序。为了验证由以上主电路、驱动电路、控制电路所组成装置的可行性,在以上设计的基础之上搭建了工程样机,并经过调试,在给负载提供能量时,直流母线电压达到了640V-720V之间要求,放电电流达到了400A的要求,功率达到了300KW的要求,在能量回收时,超级电容端电压达到了408V-571V之间的要求,充电电流达到了200A的要求,功率达到了110KW的要求。
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