基于LLC谐振全桥的充电机设计

发布时间：2019-11-08 21:02

【摘要】：当今社会,能源危机和环境污染双重压力下,推动绿色能源开发利用,实现能源和环境的可持续发展,已经是当务之急。近年来,由于国家的大力支持,电动汽车快速发展。使得与之相匹配的充电系统的研究,应用前景巨大。充电系统一般由PFC(Power Factor Correction,功率因素校正)和DC/DC(DC-DC Power Convert,直流变换)两部分组成;后级DC-DC充电机模块与电动汽车动力电池直接相连接,其输出性能直接影响动力电池的健康状态和寿命,因此对DC-DC充电机设计至关重要。LLC谐振全桥变换器可以在宽输出电压范围内,不需要任何辅助网络,实现MOS管和输出整流二极管软开关,同时具有高功率密度、高效率、高频化等优势。将LLC谐振全桥变换器应用于DC/DC充电机,易于满足DC/DC充电机的宽电压输出、高功率输出、高效率及体积小型化等充电系统需求。本文基于LLC谐振全桥变换器设计一台15kW的DC/DC充电机,使其满足电动汽车充电需求。本文主要工作为:分析了DC/DC充电机的研究意义及国内发展现状,并提出充电机需求指标。在变频控制和定频控制方式下,推导了变换器基于基波简化等效模型及全范围软开关的约束条件。本文充电机设计时侧重考虑的以下几个约束因素:安全条件约束、软开关约束、效率特性约束、负载切换对品质因素Q的影响、控制策略选择。详细分析这些约束因素对参数的影响,并得到数学约束条件,为后续参数设计提供指导依据,进一步提出一种较为简单的参数设计流程,使设计的参数良好合理匹配。然后针对15kW的DC/DC充电机具体需求指标,进行了硬件系统的全面设计实现:首先设计了硬件系统构架,确定了主功率电路具体参数,对电容器件和功率器件进行了选择,并对核心的高频变压器和谐振电感进行了全面设计;接着针对主功率电路的工作特点和控制方式设计了匹配的测控(采样和控制)电路、保护电路以及通信电路的设计。最后对主功率电路进行了MATLAB仿真,研制了15kW DC/DC实验样机,对设计的样机指标进行了全面详细的测试,实现结果表明设计实现了预期目标。
【图文】：

波形,充电机,电路控制,工作点

图 5-2 充电机主功率电路控制策略图在实际中要求充电机实现宽范围输出，LLC 谐振全桥电路作为主功率电路的本单元，是实现宽范围电压输出的关键。本文选择三个最关键的工作点：最大压工作点、额定工作点、最大降压工作点，来验证主功率电路参数设计的正确性仿真的波形为输入输出电压，谐振腔输入电压（频率与开关管频率相同，，占空比代表了开关管有效占空比），谐振电流，励磁电流。0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04324324.5325325.5326Time(sec)输入电压（V）400

电压图,输出纹波,电压

电子科技大学硕士学位论文的 MOS 管寄生电容电荷转移，即将开通的电压导通做准备，刚关断的 MOS 管电压上升于 MOS 管弥勒电容充电过程导致 MOS 管导电压，在驱动电压坪电压之后，MOS 管有效端已经降为 0，因此实现了零电压导通。电压纹波分析 800V，输出 700V 条件下，负载 50Ω时的输1，交流耦合接入，测量波形如图 5-13 所示，分量，此为开关管工作频率的两倍，这是由于峰值为 0.8V，负向峰值为-0.4V，纹波系数为也验证了输出滤波电路设计的正确性。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：U491.8;TM910.6

【参考文献】