隨著現(xiàn)代生活中的用電設(shè)備不斷豐富,人們對電源性能也提出了更高的要求。一些特殊應(yīng)用場合要求電力電子變換器能夠在寬輸入電壓條件下保持良好的穩(wěn)定性和性能。本文針對50-400V（高低輸入電壓比8:1）寬輸入電壓范圍,總結(jié)國內(nèi)外學(xué)者提出的改進(jìn)方案和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),提出一種基于磁集成技術(shù)的雙路移相Boost與半橋LLC級聯(lián)式軟開關(guān)變換器,并采用變模態(tài)控制,以實(shí)現(xiàn)寬輸入條件下的高效高功率密度應(yīng)用。本文對所提出的級聯(lián)變換器的工作原理進(jìn)行詳細(xì)闡述,首先分析前級雙路移相Boost變換器在移相控制下的工作機(jī)理,為保證軟開關(guān)特性的前提下,實(shí)現(xiàn)電感電流紋波最小,以此確定最佳工作模式,在該模式下進(jìn)行更深入的分析,包括模態(tài)分析、電流紋波分析、損耗分析等,并給出實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)特性的充要條件,在仿真實(shí)驗(yàn)中驗(yàn)證理論分析的正確性;對于后級半橋LLC諧振變換器,本文進(jìn)行簡要分析介紹,包括模態(tài)分析、增益特性分析等,并分析寬輸入條件下諧振參數(shù)對LLC諧振變換器特性的影響,說明該變換器在過寬的輸入條件下性能難以保持良好,需要設(shè)置前級進(jìn)行預(yù)穩(wěn)壓�；谠矸治�,并根據(jù)性能指標(biāo)要求,對電路主要參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì),包括耦合電感的電感量和耦合系數(shù)、后級諧... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：85 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖2-3支路電流紋波大小IL與占空比D和移相比α之間的關(guān)系

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-36-maxs_maxmaxmax2(1)[()](1)(1)ooesosLPVDBDANDVkLf(3-20)由式(3-16)可知，中柱磁通與兩條支路電感電流之差成正比。由圖2-6可知，兩支路電流之差最大值的表達(dá)式為：12max111()ABsiiIIkT(3-21)聯(lián)立上式和式(3-16)，可得占空比最大時(shí)，中柱有最大磁密：min_max2[1(1)](1)ocecsDkVBANkf(3-22)通常來說，三磁柱耦合電感中柱的有效導(dǎo)磁面積為邊柱的兩倍，即有Aec=2Aes，上式可寫成：min_max2[1(1)]2(1)ocessDkVBANkf(3-23)代入?yún)?shù)計(jì)算發(fā)現(xiàn)Bc_max遠(yuǎn)小于Bs_max，由此會造成磁芯磁路不均勻的問題，需要根據(jù)邊柱最大磁通來選擇磁芯，為了防止邊柱磁通飽和需要使用體積更大的磁芯，因此中柱磁芯利用率較校為了驗(yàn)證理論分析，使用Ansys公司的電磁場有限元分析仿真軟件Maxwell建立集成磁件模型�；诖判緩S家提供的鐵氧體材料參數(shù)，設(shè)置磁芯材料屬性后，再根據(jù)設(shè)計(jì)的電感量及耦合系數(shù)合理設(shè)計(jì)氣隙大小及繞組數(shù)，然后按照變換器最大輸入電流的工作條件，在兩個繞組中注入電流激勵，設(shè)置好相應(yīng)的安匝數(shù)，進(jìn)而使用渦流場求解器進(jìn)行仿真。圖3-6傳統(tǒng)耦合方式磁芯磁通密度分布仿真結(jié)果圖3-6為輸入電流最大時(shí)耦合電感器磁通密度分布仿真結(jié)果，圖中顯示邊柱磁通密度遠(yuǎn)大于中柱，以至于在邊柱的邊緣及氣隙附近容易出現(xiàn)飽和，而有效導(dǎo)磁面積較大的中柱利用率不高，而且市面上常用的E型磁芯大多為中柱大、邊柱小，因此會造成磁芯體積的浪費(fèi)，變換器集成度難以提高。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-38-芯磁阻，忽略磁芯磁阻大小，因此邊柱磁阻近似為中柱的兩倍，即Rs=2Rc，可以進(jìn)一步得到耦合系數(shù)為：22m122122122144443LNNNNkLNNNN(3-26)代入3.3節(jié)確定耦合系數(shù)k=0.875，可求得中柱和邊柱繞組比N2/N1=2.24，代入式(3-24)，邊柱和中柱磁通表達(dá)式可以化簡為：1211cg1c(7.483.48)81.37ciiNRiNR(3-27)假設(shè)開關(guān)管實(shí)現(xiàn)了理想的零電壓開通，即反向電流最小，當(dāng)輸入電流最大時(shí)，邊柱和中柱最大磁通密度可分別表示為：12max11_max1s_maxsccc_max1c_maxcc(7.483.48)1.8781.37giiNiNBARARiNBAR(3-28)圖3-9改進(jìn)的集成方式磁芯磁通密度分布仿真圖代入?yún)?shù)比較兩者大小，發(fā)現(xiàn)邊柱磁密略大于中柱，但相差不大。在AnsysMaxwell電磁場仿真軟件中建立改進(jìn)的三磁柱耦合集成模型，圖3-9為輸入電流最大時(shí)耦合電感器磁通密度分布仿真結(jié)果。與圖3-6相比較，可以發(fā)現(xiàn)使用改進(jìn)的集成方式后，磁芯磁通密度分布更加均勻，在相同的工作條件下最大磁密大幅減小，磁芯的利用率大大提高使得磁芯體積減小，從而提高變換器的功率密度。因此，這種改進(jìn)的三磁柱耦合集成方式可以在實(shí)現(xiàn)相同的電氣特性的基礎(chǔ)上，磁芯性能相對更好。另外邊柱和中柱的氣隙長度相等，不需要額外的高精度磨床加工，因此更具有實(shí)用價(jià)值。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
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碩士論文
[1]寬輸入范圍DC/DC變換器及其效率提升方法研究[D]. 劉樹峰.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2017
[2]高效率DC/DC模塊電源的研制[D]. 魏潔利.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2017
[3]千瓦級DC/DC模塊電源的研究[D]. 劉鑫.浙江大學(xué) 2017
[4]1000W全磚模塊電源實(shí)用化研究[D]. 劉天驥.浙江大學(xué) 2015
[5]基于變模態(tài)的寬輸入電壓范圍隔離型DC/DC變流器的研究[D]. 廖政偉.浙江大學(xué) 2013
[6]半橋LLC諧振DC/DC變換器的研究[D]. 童輝.南京理工大學(xué) 2012
[7]寬范圍輸入兩級式DC/DC變換器的研究[D]. 俞鵬.重慶大學(xué) 2011
[8]適用于交錯并聯(lián)電路的新型耦合電感[D]. 徐立剛.南京航空航天大學(xué) 2009
[9]一種新穎的隔離型軟開關(guān)Boost變換器的研究[D]. 朱寧.浙江大學(xué) 2008
[10]LLC諧振變換器的設(shè)計(jì)[D]. 朱立泓.浙江大學(xué) 2006



本文編號：3137936