本文關(guān)鍵詞：LLC諧振變換器的時域分析模型及其限流控制策略

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【摘要】：高效率高功率密度DC-DC變換器是電動汽車充電機、光伏系統(tǒng)直流變換器、數(shù)據(jù)中心直流供電系統(tǒng)等電能變換裝置中的重要組成部分。LLC諧振變換拓?fù)淇蓪崿F(xiàn)在高開關(guān)頻率下全負(fù)載范圍內(nèi)原邊開關(guān)管的零電壓開通、副邊整流管的零電流關(guān)斷,因而是隔離型DC-DC變換器的理想拓?fù)洹５獿LC電路的多諧振和非線性特性,增加了電路精確建模和特性分析的難度,也給電路的運行控制和性能優(yōu)化帶來不小的挑戰(zhàn)。在電路啟動和突加負(fù)載的沖擊負(fù)荷工況、輸出過載和短路工況下,LLC電路均存在原邊諧振回路電流過沖的問題,可能導(dǎo)致開關(guān)器件損壞或誤觸發(fā)原邊過流保護。常用的開環(huán)調(diào)頻或調(diào)占空比限流策略,諧振電流波形控制效果較差,在過載工況下輸出電壓和諧振電流波動較大,且缺乏簡便的限流參數(shù)設(shè)計方法。閉環(huán)限流策略可以實現(xiàn)靈活的限流特性,但需要增加諧振電流或輸出電流采樣,成本較高。本文主要針對LLC電路的動態(tài)過程的建模分析、開環(huán)和閉環(huán)限流控制技術(shù)進行研究。首先,文章分析了LLC電路的基本工作模態(tài)和不同開關(guān)頻率、負(fù)載條件下的工作模式,并推導(dǎo)了不同工作模態(tài)的狀態(tài)方程描述和不同工作模式的狀態(tài)平面軌跡特性�；跔顟B(tài)平面分析方法,文章提出了電路動態(tài)過程中的工作模態(tài)過渡判據(jù),并求解了不同工作模式下的各個模態(tài)持續(xù)時間,推導(dǎo)了半個開關(guān)周期內(nèi)的輸出電壓增量和諧振電流峰值等狀態(tài)量表達(dá)式,最終利用模態(tài)的迭代運算建立了LLC電路的時域分析模型。該時域模型相比于電路仿真可節(jié)省大量時間,同時又能保證足夠的計算精度,可用于分析LLC電路軟啟動、突加負(fù)載等工況下的關(guān)鍵電路狀態(tài)量的動態(tài)變化過程。針對LLC電路開環(huán)限流方法中的起始頻率和調(diào)頻時間常數(shù)的優(yōu)化設(shè)計的問題,文章分析了電路啟動時刻的諧振電流過沖值和收斂值與起始開關(guān)頻率的關(guān)系,配合初始驅(qū)動脈沖寬度優(yōu)化方法,使得啟動時刻的諧振電流快速無過沖地進入收斂狀態(tài),降低了起始開關(guān)頻率的要求。對于諧振電流限流值設(shè)置較低的情況,采用分裂諧振電容結(jié)構(gòu)的LLC電路拓?fù)?減少了初始過渡脈沖個數(shù)和脈寬的設(shè)計難度。基于LLC電路的時域分析模型,文章計算出了開環(huán)限流軟啟動過程中的諧振電流最大值,結(jié)合迭代優(yōu)化算法,獲得了最優(yōu)的調(diào)頻時間常數(shù)參數(shù),可滿足諧振電流限流值要求,同時保證輸出電壓響應(yīng)盡可能快。針對LLC電路閉環(huán)限流方法需要額外的電流采樣的問題,文章分析了考慮勵磁電流影響下的諧振電流峰值、輸出電壓和開關(guān)頻率三者之間的關(guān)系式,進而提出了基于輸出電壓實時限制開關(guān)頻率的無電流采樣的閉環(huán)限流控制策略,使得在軟啟動、突加負(fù)載過程以及過載工況下的諧振電流峰值均被控制在恒定限流值處,實現(xiàn)了最優(yōu)的諧振電流應(yīng)力控制。文章給出了限流參數(shù)的設(shè)計原則,并分析了過載限流工況下的輸出電壓的上限值和限流啟動過程的輸出電壓的建立時間。
【關(guān)鍵詞】：LLC諧振變換器 限流控制 大信號建模 狀態(tài)平面分析 無電流采樣 諧振電流
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TM46
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 1 緒論11-18
• 1.1 選題背景和研究意義11
• 1.2 LLC電路分析模型研究現(xiàn)狀及存在的問題11-13
• 1.3 LLC電路限流技術(shù)研究現(xiàn)狀及存在的問題13-16
• 1.4 本文研究內(nèi)容16-18
• 2 基于模態(tài)迭代的LLC電路時域模型18-33
• 2.1 LLC電路的工作模式分析18-21
• 2.2 LLC電路的狀態(tài)軌跡分析21-24
• 2.3 LLC電路的時域分析模型24-31
• 2.4 仿真與實驗結(jié)果31-32
• 2.5 本章小結(jié)32-33
• 3 基于時域模型的LLC電路開環(huán)限流參數(shù)優(yōu)化33-51
• 3.1 引言33-34
• 3.2 調(diào)頻限流軟啟動方法的起始工作頻率優(yōu)化34-42
• 3.3 調(diào)頻限流軟啟動方法的頻率時間常數(shù)優(yōu)化42-46
• 3.4 實驗結(jié)果及分析46-50
• 3.5 本章小結(jié)50-51
• 4 無電流采樣的LLC電路閉環(huán)限流控制策略51-67
• 4.1 引言51
• 4.2 諧振電流最大值與輸出電壓及開關(guān)頻率關(guān)系51-55
• 4.3 諧振電流恒流限流控制策略55-64
• 4.4 實驗結(jié)果及分析64-66
• 4.5 本章小結(jié)66-67
• 5 全文總結(jié)和展望67-69
• 5.1 全文總結(jié)67-68
• 5.2 未來研究展望68-69
• 致謝69-70
• 參考文獻(xiàn)70-76
• 附錄1 攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文目錄76

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本文編號：1126889