1.目的及意义

1.1研究背景

人类社会的进步往往伴随着能源的替代，在过去几个世纪里，人类所利用的是煤炭、石油和天然气等化石能源。随着全球经济发展、人口的增长，未来的能源消费量将持续增长，不可再生能源可利用量总有一天将迗到极限。同时，传统化石能源的过度使用，导致空气污染、水污染等各种环境污染。化石能源作为不可再生能源越来越稀缺，其资源的争取往往引发区域的不稳定甚至战争。传统的核电发电存在一定程度的不安全性，地震海喷等自然灾害更加增加了不安全性的风险。因此在全球能源危机和环境保护的前提下，人们越来越重视新能源的发展。因此，燃料电池发电作为未来清洁、绿色、高效的可再生能源发电方式之一，备受人们的关注与重视。其高效率、高功率密度、低噪音、环保、配置灵活的特点，适用于分布式发电领域，使得燃料电池广泛用于航空航天、交通运输、通信、国防等各种场合。

1.2研究意义

在实际工程应用中，燃料电池有着不同的电压及功率，而负载的工作电压往往各不相同，所以需要电力电子装置进行电压整合，匹配负载与发电端的电压。另外，由于燃料电池中燃料和空气供给的扰动会带来燃料电池输出电压的波动和变化，达不到供电质量指标，这也需要电力电子装置进行稳压。故而，有了燃料DC/DC变换装置的出现。

1.3燃料电池DC/DC变换器的发展现状

燃料电池DC/DC变换器作为连接燃料电池发电系统与负载之间的纽带，其性能的优劣一方面取决于拓扑硬件设计，另一方面其控制算法的可靠性也至关重要。为实现稳压输出以及优良的动态性能，需要构成闭环反馈控制系统。

目前DC/DC变换器的拓扑结构研究中，主要分为非隔离型和隔离型两种。隔离型DC/DC变换器是在非隔离型变换器中加入高频变压器，一般变压器的原副边可分别由全桥、半桥、推挽等电路拓扑构成。在非隔离型拓扑中，主要由Buck、Boost、Cuck等电路组成。Ahmed Shahin等采用两部分Boost升压电路将燃料电池电压提高到工作电压。电路元器件数量和总类都比较少，控制方法简单，较容易实现。隔离型电路结构复杂，所用元器件数量及总类较多，且需要高频变压器。采用高频变压器进行能量转换能有效减轻装置的总量，减小体积，但开关频率越高，带来的开关损耗也也越大，效率降低，电磁干扰问题也随即出现。Liu等提出一种零点压软开关技术，使用谐振元件在关断时发生谐振达到零点压开关，减低开关损耗。Xie等提出利用变压器漏感与谐振电容谐振，减小大电流对开关管的冲击，保护电路也减少了器件。

对于控制方法，有传统的PID控制和补偿网络反馈控制。PID参数的整定往往依靠工程经验，调试时间较长，也有人提出提前实验测得数据表格以便工程快速查询使用。补偿网络电路的设计通常根据被控系统的频率响应曲线来设计，电子器件的寄生特性会影响设计的可靠性。也有研究人员提出智能算法，例如模糊控制、神经网络等，但需要精确的控制对象模型，实现手段也极为复杂。随着发展不断有人提出新型的控制方法，例如快速模型预测控制算法，实际控制中嵌入微处理器，使用集成芯片利用软件程序完成模型控制较多。

2. 研究的基本内容与方案

2.研究基本内容及目标

燃料电池的输出电压变化范围很宽，且低于一般负载的工作电压。因此需要通过DC/DC变换器提升燃料电池电压至所需的稳定的直流电压，再经过各级DC/DC转换成各种类型负载的工作电压。系统的DC/DC变换器需要具有以下的功能：①提升电压等级功能；②在较宽的输入电压范围下有稳定的电压；③高的电能转换效率。

本毕业设计要求设计一个50kW车用燃料电池升压DCDC变换器，燃料电池侧：输入直流电压200-300V，直流母线侧：输出450-650V可调，实现恒流、恒压和恒功率输出功能，额定功率50kW。其主要内容包括：①系统总体方案设计，包括功能需求，多相移相并联主电路拓扑结构设计；②开展MCU控制电路硬件设计；③功率驱动电路设计；④电压、电流和温度采集处理电路设计；⑤CAN通信电路设计。

2.1主电路选择

DC/DC变换器主电路按拓扑类型主要分为隔离型与非隔离型。其中非隔离型直流-直流变换电路又称为直流斩波电路，本毕业设计可以选择升压Boost电路以及多重多相斩波电路；隔离型电路主要有全桥、半桥、正激、反激及推挽电路等，其主要结构是在非隔离电路里加入了高频变压器，形成直流-交流-直流的电能变换。

2.1.1非隔离型电路

⑴升压斩波电路