基于SiC器件的LLC谐振变换器在城轨列车充电机中的应用研究

发布时间：2024-05-12 04:01

　　城市轨道交通车辆辅助电源系统中的充电机是车辆直流电源的重要装置,提升充电机的功率密度和效率对充电机性能的优化有重要而直接的影响。近年,碳化硅(SiC)宽禁带半导体器件的出现为这一目标提供了实现的可能性,LLC谐振软开关技术将进一步提升效率。本文基于碳化硅半导体器件的高频特性,详细研究了 LLC变换器的原理和特性,并将两者结合应用于城市轨道车辆充电机的研制中。首先,论文详细分析了 LLC变换器的主电路结构和三种工作模态的原理,通过基波分析法得到了电路的等效模型和电压增益函数,描述了变换器的增益特性以及ZVS特性和实现条件。结合解析法和图解法完成了谐振元件(谐振电感、谐振电容和激磁电感)参数的设计流程,并基于充电机的实际参数对谐振参数进行了完整设计。基于系统的实际参数建立了 LLC变换器充电机的仿真模型,验证了谐振参数设计的有效性。其次,采用扩展描述函数(EDF)方法对LLC变换器进行了小信号建模,完成了变换器传递函数的推导过程。基于谐振变换器的特性对系统的控制方式进行选择,基于建模获得的输出-控制传递函数对系统的稳定性进行了分析,然后通过频域分析方法完成了控制器的设计,并在Matlab仿...

【文章页数】：94 页

【学位级别】：硕士

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致谢
摘要
ABSTRACT
1 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 SiC器件特性及应用现状
        1.2.1 SiC器件特性
        1.2.2 SiC器件国内外应用现状
    1.3 城轨车辆充电机发展现状
        1.3.1 辅助变流器充电机的发展
        1.3.2 LLC谐振软开关技术研究现状
    1.4 论文主要内容
2 LLC变换器拓扑结构和原理分析
    2.1 谐振变换器拓扑分析
        2.1.1 基本谐振变换器
        2.1.2 串并联谐振变换器
        2.1.3 隔离型半桥LLC变换器
    2.2 谐振变换器工作模式及分析
        2.2.1 fm
sr模态工作原理分析

        2.2.2 f_s=f_r模态工作原理分析
fr模态工作原理分析">        2.2.3 f_s>f_r模态工作原理分析
    2.3 LLC变换器等效电路模型
        2.3.1 基波分析法电路模型
        2.3.2 电压增益函数的特性分析
    2.4 LLC变换器的参数设计
        2.4.1 变换器ZVS特性及实现条件
        2.4.2 LLC变换器参数设计方法
        2.4.3 充电机LLC变换器参数计算流程
    2.5 仿真验证
    2.6 本章小结
3 LLC变换器控制系统的分析与设计
    3.1 LLC变换器的扩展描述函数法建模
        3.1.1 非线性状态方程
        3.1.2 谐波近似及扩展描述函数
        3.1.3 大信号模型
        3.1.4 LLC变换器的小信号模型
    3.2 LLC变换器闭环控制器的设计
        3.2.1 LLC变换器的控制方式
        3.2.2 LLC变换器系统稳定性分析
        3.2.3 闭环控制器的设计
    3.3 充电机蓄电池的充电策略研究
        3.3.1 蓄电池常用充电方式
        3.3.2 恒流恒压充电的仿真实现
    3.4 本章小结
4 基于SIC器件的LLC变换器充电机实验分析
    4.1 全SIC充电机系统设计
        4.1.1 主电路参数设计
        4.1.2 控制电路设计
    4.2 全SIC充电机平台实验验证
        4.2.1 软启动过程及效率测试
        4.2.2 LLC变换器的软开关实现
        4.2.3 闭环控制器的验证及分析
        4.2.4 蓄电池恒流恒压充电实验
    4.3 本章小结
5 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
参考文献
附录A
附录B
作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果
学位论文数据集



本文编号：3970832

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