半桥LLC谐振变换器的控制环路设计

发布时间：2019-10-17 07:41

【摘要】：随着电力电子技术和功率半导体器件的飞速发展,开关变换器的工作频率不断提高。谐振变换器采用软开关方式,相较于PWM变换器采用的硬开关方式,能有效地解决高工作频率下低转换效率的问题。但是,为实现软开关而加入的谐振元件会使控制环路较难稳定,因此谐振变换器的控制环路设计受到了国内外研究者的重视。本文首先研究了半桥LLC谐振变换器的工作原理,详细分析了初级开关管的ZVS及次级整流二极管的ZCS软开关过程。接着使用基波等效(FHA)的方法简化LLC谐振电路,利用Matlab软件对其等效电路进行了仿真,分析了稳态特性。随后给出了谐振槽谐振元件参数的设计步骤,并对参数进行了完整设计。在此基础上,对半桥LLC谐振变换器采用扩展描述函数(EDF)的方法进行了小信号建模,利用Matlab软件仿真验证了小信号模型,根据小信号模型的动态特性曲线,指导设计控制环路。最后利用PSIM软件搭建了半桥LLC谐振变换器闭环系统,仿真分析了变换器的稳态性能、动态性能,并验证了控制环路设计的正确性和有效性。仿真验证表明:所设计的电压环和电流环双环控制的半桥LLC谐振变换器,控制环路的带宽为10kHz～12kHz,相位裕度大于45°。在全负载范围内,实现了开关管和整流二极管的软开关。负载由空载变为满载的响应时间小于2.8ms、下冲电压小于1.2%,由满载变为空载的响应时间小于2.9ms、过冲电压小于1.2%。输入电压由420V变为360V的响应时间小于2.4ms、下冲电压小于0.88%,由360V变为420V的响应时间小于3.0ms、过冲电压小于1.0%。所设计的双环控制相较于传统的单电压环控制,具有更好的动态性能。
【图文】：

出现过零的时刻呈现出周期性，这一特点为软开关的实现创造了条件。使用谐振电路的逡逑开关变换器，功率ＭＯＳＦＥＴ管可以实现零电压开关（ＺＶＳ）或零电流开关（ＺＣＳ），如逡逑图１－１所示为软开关波形。谐振变换器与使用硬开关方式的ＰＷＭ变换器相比较，其采逡逑用的软开关方式可以减少ＭＯＳ管的开关损耗，能有效地解决变换器在高工作频率时，逡逑Ｉ逡逑

并给出变换器谐振槽谐振元件参数的一般设计步骤。逡逑２．１半桥ＬＬＣ谐振变换器的电路拓扑逡逑如图２－１所示为典型半桥ＬＬＣ谐振变换器的拓扑结构［２６１［２７］，，主要包括直流电压源、逡逑半桥开关网络、谐振槽、理想变压器、整流电路、滤波电路和输出负载，其中半桥开关逡逑网络由上下两个功率开关ＭＯＳＦＥＴ管Ｑｉ、Ｑ２组成，开关＾４０３管（＾、Ｑ２包括其体二逡逑极管和寄生电容，谐振槽电路由谐振电感Ｌ，．、激磁电感Ｌｍ和谐振电容Ｃｒ这三个谐振元逡逑件构成，整流电路为两个二极管Ｅｈ、口２构成的全波整流电路。逡逑输入１逦开关网络逦Ｉ邋谐振梢逦Ｉ理想变压器Ｉ整流１滤波Ｉ负载逡逑逦１逦，逦Ｉ逦１１１１逡逑Ｉ逦Ｋ－ｈｒｉ邋Ｉ逦１１１１逡逑Ｉ邋邋１邋Ｑ１逦】【＋邋Ｃ０Ｍｉｌ｜逦ＩＩＩ！逡逑Ｉ逦＾Ｉ邋Ｃｉ．邋Ｌｒ邋Ｉ逦Ｉ逦１逦１逡逑！邋１逦＇＾！邋Ｉ！邋ｃ，４１Ｒｉｖ：ｕｉ逡逑ｉ邋以朴］邋－１逦＿逡逑逦１逦１逦Ｈ￣１邋＾１邋Ｄ２邋Ｉ逦Ｉ逡逑ｉ逦１逦ｉ逦ｉ逦￣邋ｉ逦ｉ逡逑图２－１典型半桥ＬＬＣ谐振变换器拓扑逡逑为便于理解和设计半桥ＬＬＣ谐振变换器，本节将首先对其增益特性展开分析。如逡逑图２－２所示为半桥ＬＬＣ谐振变换器从谐振槽向负载看过去的等效电路图
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TM46

【参考文献】

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本文编号：2550449