LLC諧振變換器能實現(xiàn)全負(fù)載范圍內(nèi)開關(guān)管的零電壓開通(ZVS,Zero Voltage Switching)和大部分情況下副邊整流二極管的零電流關(guān)斷,相比其他開關(guān)電源,其輸入輸出電壓調(diào)節(jié)范圍較寬,且具有高效率、低噪聲、高功率密度等諸多優(yōu)點。與傳統(tǒng)Si基功率器件相比,SiC功率器件具有更加優(yōu)良的特性,更加適用于高頻高壓大功率場合。本文針對單相LLC諧振變換器在大電流大功率輸出應(yīng)用時的不足,采用三相交錯并聯(lián)的LLC諧振變換器拓?fù)洳⑵渑cSiC功率器件相結(jié)合,解決了單相拓?fù)渲休敵鲭娏骷y波大、功率密度提升困難的問題。本文的主要內(nèi)容包括:(1)分析比較了多種單相與多相LLC諧振變換器拓?fù)涞男阅?得出三相交錯并聯(lián)結(jié)構(gòu)的拓?fù)浔容^適合大電流大功率輸出的應(yīng)用場合。根據(jù)諧振網(wǎng)絡(luò)輸入電壓的關(guān)系,將三相交錯拓?fù)浜喕癁閱蜗嗳珮蛲負(fù)浞治觥?yīng)用基頻分量法對全橋LLC拓?fù)溥M行穩(wěn)態(tài)建模,在此基礎(chǔ)上推導(dǎo)出諧振變換器的增益表達(dá)式。(2)根據(jù)諧振網(wǎng)絡(luò)輸入阻抗的特征,劃分了工作區(qū)域,詳細(xì)分析了全橋和三相交錯諧振變換器在不同工作區(qū)域時的工作過程。分析了諧振參數(shù)對電路性能的影響和電路實現(xiàn)ZVS軟開關(guān)的約束條件,給出了LLC諧振變換器參數(shù)設(shè)計的整個過程。(3)分析了變頻調(diào)壓的原理,給出了閉環(huán)控制的框圖,給出了閉環(huán)控制調(diào)節(jié)輸出電壓的仿真波形和不同輸出電壓時的開關(guān)管電壓、副邊二極管電流等波形,驗證了不同輸出電壓所在區(qū)域的變換器工作特點。比較了本文選用的拓?fù)渑c三相Y型連接接地拓?fù)湓诓黄胶庀碌谋憩F(xiàn),分析了三相交錯并聯(lián)拓?fù)湓谌嗖痪鈺r的控制策略并給出了對應(yīng)的仿真波形。(4)根據(jù)變換器設(shè)計指標(biāo),完成了主電路的參數(shù)設(shè)計和器件選型。設(shè)計了控制電路,給出了控制系統(tǒng)的框圖。針對SiC MOSFET應(yīng)用時常見的誤導(dǎo)通及串?dāng)_等問題,設(shè)計了可靠的驅(qū)動電路。對變換器的損耗進行了分析,計算了電路各部分的功耗,并給出了損耗的分布圖。測試了SiC MOSFET的驅(qū)動電路,驗證了驅(qū)動電路設(shè)計的合理性。對三相諧振變換器在不同工作區(qū)域的工作波形進行了分析,驗證了理論分析與仿真的正確性。測試了變換器在不同工作區(qū)域、不同負(fù)載情況下的效率,驗證了損耗分析的正確性。
【學(xué)位單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TM46
【部分圖文】：

的應(yīng)用越來越多，ＳｉＣ功率器件在電力電子變壓器、高壓直流輸電和柔性輸電等應(yīng)??用場合有很大的應(yīng)用潛力。??電力電子變壓器（Ｐｏｗｅｒ?Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ?Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ，?ＰＥＴ）的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖１－１所??示，其用高頻變壓器和電力電子變換器代替了傳統(tǒng)工頻變壓器，經(jīng)過交－直－交兩次??變換，來實現(xiàn)高低壓變換和電能控制，提高功率密度的同時，還兼具頻率變換、??無功補償和自動限流等諸多功能［１８］。然而，輸電網(wǎng)高壓側(cè)的電壓等級很高，單級??拓?fù)鋾r使用Ｓｉ功率器件耐壓很難滿足要求，目前ＰＥＴ主要通過多個Ｓｉ功率器件??串聯(lián)或者Ｈ橋電路拓?fù)浯?lián)等方式來滿足耐壓要求，結(jié)構(gòu)很復(fù)雜且控制難度較大。??５??

者陸續(xù)對其工作原理、參數(shù)設(shè)計、拓?fù)渥冃�、控制電路設(shè)計等做了大量分析和研??究。??如圖１－２所示為半橋不對稱ＬＬＣ諧振變換器的電路拓?fù)洌撾娐匪闷骷伲??且能夠通過良好設(shè)計實現(xiàn)全負(fù)載范圍內(nèi)原邊ＭＯＳ管的ＺＶＳ開通。當(dāng)系統(tǒng)開關(guān)頻??率低于諧振頻率時，還可實現(xiàn)副邊整流管的零電流關(guān)斷，因此非常適合于高效率、??高功率密度模塊化電源［２？６］。??＇＾３?，?ｄ??Ｕｉｎ?—ｒ??齡?１??Ｈ??１?ｙ?＋????Ｃ＇｜————Ｉ?Ｉ￣￣Ｓ—??圖１－２半橋ＬＬＣ諧振變換器拓?fù)??Ｆｉｇ．?１－２?Ｔｈｅ?ｔｏｐｏｌｏｇｙ?ｏｆ?ｈａｌｆ－ｂｒｉｄｇｅ?ＬＬＣ?ｒｅｓｏｎａｎｔ?ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ??該基本半橋電路也有一些明顯的缺點，首先半橋電路的輸出電流為饅頭波，??輸出電壓紋波較大，所以通常很難滿足電源模塊的低紋波要求，通常需要增加二??階濾波電路來濾掉高頻紋波，增加了體積，同時動態(tài)響應(yīng)速度變慢。此外，在寬??輸入或?qū)捿敵鲭妷簣龊希儞Q器工作的頻率變化范圍較寬，參數(shù)設(shè)計很難優(yōu)化，??同時增加了無功環(huán)流，副邊二極管可能會失去ＺＶＳ的工作條件，降低了變換器的??效率。因此

Ｆｉｇ．?１－３?Ｈａｌｆ－ｂｒｉｄｇｅ?ｄｏｕｂｌｅ?ＬＬＣ?ｒｅｓｏｎａｎｔ?ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ??在中大功率場合，可結(jié)合全橋結(jié)構(gòu)和ＬＬＣ拓?fù)鋬烧叩膬?yōu)良特性，提高變換效??率，同時也能減小輸入電流脈動，其拓?fù)淙鐖D１－４所示。??５１?Ｄ，Ｃ，?Ｓ３Ｄ，Ｃ３??？?＃?Ｄ５??ｂ？＿ｒｉ＿Ｌ＿ｒ??５２?Ｄ：Ｃ２?Ｓ４?Ｄ４Ｃ４??圖１－４全橋ＬＬＣ諧振變換器拓?fù)??Ｆｉｇ．?１－４?Ｆｕｌｌ?ｂｒｉｄｇｅ?ＬＬＣ?ｒｅｓｏｎａｎｔ?ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ?ｔｏｐｏｌｏｇｙ??針對高輸入電壓的場合，為了降低開關(guān)管的電壓應(yīng)力，有文獻提出一種基于??諧振開關(guān)電容技術(shù)的自動均壓ＬＬＣ諧振變流器［２Ｗ９］，如圖１－５所示。??＾ｊ＾Ｔｔ??￣／＊ｖｗｎ?，??、?Ｌｓ＆?Ｌｙｅ??ｕ４??—?Ｑ３３４???１?ｓ６?°２???５４Ｊ＾Ｔｔ??圖１－５自動均壓ＬＬＣ諧振變流器??Ｆｉｇ．?１－５?Ａｕｔｏｍａｔｉｃ?Ｖｏｌｔａｇｅ－ｓｈａｒｉｎｇ?ＬＬＣ?Ｒｅｓｏｎａｎｔ?Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ??８??
【參考文獻】

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本文編號：2849133