發(fā)布時間：2020-08-04 19:43

【摘要】：諧振變換器因其效率高、體積小、功率密度高、控制與結(jié)構(gòu)較為簡單、電磁兼容特性好等優(yōu)點,在航空電源、直流微網(wǎng)、電動汽車充電等領(lǐng)域,得到廣泛應(yīng)用。同時,更寬廣的應(yīng)用領(lǐng)域也對諧振變換器的輸入、輸出電壓電流范圍等指標(biāo)提出了更高的要求,包括能夠適應(yīng)較寬的輸入電壓范圍,擁有較寬的輸出電壓范圍,或是在大電流場合下仍舊能夠保持其效率與體積等優(yōu)勢。傳統(tǒng)的諧振變換器結(jié)構(gòu)與控制方法在滿足這些要求時,會使得變換器的性能會受到一定影響。因此,針對以上問題,本文以LLC諧振變換器為研究對象,在保持體積、效率和軟開關(guān)等性能優(yōu)勢的基礎(chǔ)上,圍繞其在寬范圍電壓電流要求下,電路的結(jié)構(gòu)以及控制策略優(yōu)化展開了深入研究。在寬電壓范圍輸入的應(yīng)用場合下,當(dāng)輸入電壓較高,常采用三電平開關(guān)陣列與LLC諧振腔連接的方式。三電平變換器因器件參數(shù)差異,常需加入飛跨電容和鉗位二極管,以輔助實現(xiàn)電路的電壓平衡。但這兩種箝位電路用于三電平LLC變換器時,其工作機(jī)理與用在其它變換器中有所不同。因為LLC變換器一般使用脈沖頻率調(diào)制方式,以及存在諧振腔電流均值為零的特點,當(dāng)僅使用飛跨電容或箝位二極管時,變換器較難實現(xiàn)電路電壓平衡。本文首先討論了單獨使用箝位二極管或飛跨電容時,變換器的電壓平衡特性。之后,詳細(xì)分析了加入兩種電路混合箝位時,電路的工作過程,得出這種情況下電路的自平衡機(jī)理,以及兩種箝位電路在其中所起的作用。最后,計算了流過兩種箝位電路的電壓電流,對其器件選型提供了理論指導(dǎo)依據(jù)。在要求寬輸出電壓范圍的應(yīng)用場合下,LLC諧振變換器本身輸出電壓范圍受最大工作頻率限制,因此本文對LLC的控制策略進(jìn)行優(yōu)化,在傳統(tǒng)的僅采用PFM(脈沖頻率調(diào)制)控制的基礎(chǔ)上,提出了一種加入移相調(diào)制(PSM)或脈沖寬度調(diào)制(PWM)與突發(fā)控制(burst)混合的控制方式,以提高系統(tǒng)在低壓輕載輸出下的穩(wěn)定性及效率。PSM與PWM兩種調(diào)制方式能夠降低burst控制下burst開通時間內(nèi)的諧振腔電流峰值,而burst控制能夠提供足夠的諧振腔電流,使所有開關(guān)管在采用PSM與PWM調(diào)制時有較好的軟開關(guān)特性。之后,根據(jù)狀態(tài)空間軌跡法分析了在一定電流應(yīng)力約束條件下的諧振腔參數(shù)優(yōu)化方式,以及在不同輸出電壓情況下為保證所有開關(guān)管實現(xiàn)零電壓開通(ZVS)所能夠使用的最大移相角與占空比。針對要求寬電壓輸出范圍,且穩(wěn)態(tài)時變換器需工作在高頻連續(xù)工作狀態(tài)的應(yīng)用場合,全橋LLC變換器可通過改變驅(qū)動信號使得變換器在全橋工作拓?fù)淠Ｊ揭约鞍霕蚬ぷ魍負(fù)淠Ｊ街g切換的方式,使得變換器在所能達(dá)到的輸出電壓范圍內(nèi)均處于高頻工作狀態(tài)。然而,驅(qū)動信號模式的直接切換的暫態(tài)過程會影響變換器工作穩(wěn)定性,因此本文提出一種優(yōu)化的驅(qū)動信號工作模式切換策略,僅在切換過程中采用burst控制,并使每個burst開通時段內(nèi)開關(guān)管僅導(dǎo)通一個開關(guān)周期,這樣使得在模式切換過程中,變換器的穩(wěn)定性能夠得到保證。在大電流應(yīng)用場合下,LLC變換器由于諧振腔電流以及變壓器副邊電流均為近似正弦形式,會因此產(chǎn)生較大的傳導(dǎo)損耗。同時,輸出側(cè)需要較大的濾波電容濾除交流分量。因此這種情況下,變換器系統(tǒng)常采用多個LLC模塊并聯(lián)的形式以降低損耗,同時采用模塊間交錯并聯(lián)的控制方式以提高輸出電流紋波頻率,降低電流紋波幅值。實際系統(tǒng)中會因諧振腔硬件參數(shù)存在差異,導(dǎo)致并聯(lián)系統(tǒng)出現(xiàn)電流不均衡的現(xiàn)象。本文針對三模塊半橋型LLC變換器,首先分析了直接并聯(lián)時各個模塊的電流分配特性與偏差值和工作條件的關(guān)系。之后分析了三相半橋型LLC變化器在其諧振腔中點(公共點)懸浮的情況下的電流分配特性,并與中點和輸入電源地相連的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了比較。最后提出一種基于模塊間移相的模塊間驅(qū)動信號相位控制策略,使得變換器能夠?qū)崿F(xiàn)三個模塊間的電流均衡。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TM46
【圖文】：

力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，在中大功率直流領(lǐng)域，如在航空電源、、電動汽車充電和照明電源等應(yīng)用中，變換器效率以及功率密[1-6]，因此相關(guān)的直流變換器出現(xiàn)了以小型化、高效率、低紋波magnetic Interference,EMI)、好的動態(tài)性能和高可靠性為特征的換器的開關(guān)損耗，提高工作效率，人們提出了開關(guān)管實現(xiàn)高頻應(yīng)的一系列變換器結(jié)構(gòu)。這種技術(shù)使得功率器件在進(jìn)行開關(guān)動過器件的電流能夠接近于零，變換器的開關(guān)損耗因而大幅下降率，同時也降低了系統(tǒng)所需磁性元件的容量與體積。在上世紀(jì)術(shù)的諧振型變換器開始被人們廣泛接受并應(yīng)用[7-12]。這些變換即可工作在高頻軟開關(guān)模式下，在降低開關(guān)損耗提高功率密度。列諧振變換器結(jié)構(gòu)中，LLC 諧振變換器能夠在全電壓范圍內(nèi)，壓開通(ZVS)和副邊整流管的零電流關(guān)斷(ZCS)，同時保持無功被越來越廣泛得應(yīng)用在各種領(lǐng)域。

平 LLC 變換器僅加入了飛跨如圖 1-3 所示。圖 1-3(a)中展結(jié)構(gòu)，所示結(jié)構(gòu)母線上無分裂非 50%。飛跨電容實際可等效飛跨電容兩端電壓，一般所選三電平 LLC 變換器結(jié)構(gòu)，從輸入電壓僅為±Udc/4，與圖 1個。因此，在輸出功率相同的較高，較適合于輸入高壓輸出RLCoCmAUdc

因此，在輸出功率相同的條件下，力較高，較適合于輸入高壓輸出功率較小RLCoLmT2T3T1T4CmAUdc跨電容型 LLC 變換器 (b) 文獻(xiàn)[38]中改進(jìn)的圖 1-3 飛跨電容型電壓自均衡 LLC 變換器一種雙半橋耦合式的三電平 LLC 結(jié)構(gòu)，如即可實現(xiàn)輸入電壓的均衡，但其諧振腔b)所示電路相似，同樣適合于高壓輸入、小

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本文編號：2781001