应用于宽增益范围的多磁路LLC变换器新拓扑的研究

发布时间：2020-07-06 23:18

【摘要】：电力电子技术的发展一直朝向着小型化,高频化,模块化,普适化的方向发展。许多应用场合都对电力电子的工作范围提出了新的挑战。如在太阳能风能发电的应用中,需要变换器能在各种天气状况,将变化范围宽的输入电压转换为统一的稳定输出电压;又如在数据中心的电源芯片应用中,可以迅速的调节对各类负载供能;如在电动汽车的充电过程中,能对一定范围内变化的锂电池电压进行高效的充电与管理;车载电子的供电时,为适应不同电压等级电池电压提供稳定的车载电子供电。这些应用都要求变换器的不仅在某一个特定工作点具有良好的表现,而是需要在整个工作范围内都高效,低损耗。LLC谐振变换器具有宽范围调压能力,全状态零电压开通,二极管无反向恢复等特性使其效率高,能量密度高。本文中通过分析LLC的时域波形,建立了几个常见模态的时域模型,分析了各个模态下变换器的增益范围变化,功率变化,开关频率变化之间的关系,得到了LLC变换器的增益曲线。同时确定了各个模态的空间分布,分析了模态之间互相转换的边界条件。最后分析了发生在增益最大点的峰值模式,并根据峰值的轨迹曲线提出了LLC在宽增益范围时的设计思路。本文在计算了LLC变换器在一组宽增益变化的应用中,说明了其循环能量高,损耗严重,磁性器件设计困难,控制曲线非线性高等特点,以变化变压器等效变比的思路提出了一种多磁路LLC变换器的新拓扑。本文分析了新拓扑的工作模式,计算推导了新拓扑的等效电路,通过比较在峰值设计的情况下两个变换器的特点,对一宽增益应用设计了两套变换器的方案,说明了新拓扑的一系列优点:在最大损耗点,损耗同比降低约42%,更小的循环能量,更小的输出电流纹波(降低约26%),更小的元件应力(降低约50%),更少的元器件功率(降低约48%),更线性化的增益控制等。本文详细分析了新拓扑多磁路LLC变换器的调制方式,对比了不同调制方式带来的影响,给出了不同模式下最适合的调制方式。通过LLC的时域模型,通过状态轨迹法,分析了多磁路LLC变换器的负载突变时的细节波形,给出了一种最优状态轨迹控制方法,通过计算得出了对应不同负载变化时,最优的过渡状态的开关周期,并通过仿真验证了其无电流毛刺,响应速度快等特性。本文通过对LLC变换器的电感与变压器工作模式的分析,提出了基于时域模型的磁体优化方案,新旧两个拓扑的两套方案的电感与变压器提出了对应的设计。LLC变换器的电感工作于交流模式,变压器有着励磁电感量的限制,本文以此提出了电感与变压器的最小损耗设计步骤。提取了几个磁芯厂家的磁芯系数,提出了针对于新旧两种拓扑的最优磁芯评价标准,根据最小损耗模型设计了绕组最优匝数,最终给出了新旧两套变换器电感与变压器的设计方案。最后本文对新旧两套变换器的设计方案,以耐压耐流与ZVS边界选择了开关管型号,并根据本文设计的2kW搭建了多磁路LLC变换器电路,通过多组不同输入输出情况的开环实验验证了拓扑多模态变化的有效性,并对比了实验增益曲线与理论值,验证了设计的正确性。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM46
【图文】：

风能全球每年发电容量

图 1.3 电动汽车销售量 的 DC/DC 变换器应用于宽增益变换范围时，其设计普遍较难们提出了一些复杂的拓扑[14,15]，来保证高效率与宽增益范围同解决方案在稳态时的表现良好，由于其拓扑带来的复杂的瞬态

常见B-H曲线

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 陈永毅;毕江;;深浅槽吊扇电机磁路分析[J];家用电器科技;1987年02期

2 林其壬;;永磁磁路基础(三) 二 基本永磁磁路分析[J];磁性材料及器件;1988年01期

3 林其王;;永磁磁路基础(三)[J];磁性材料及器件;1988年02期

4 郭英俊;;有限元法在磁路分析中的应用[J];电声技术;2007年03期

5 蔡大山;;磁路分析方法与电磁场理论的关系[J];成才;1999年11期

6 上官远定;分相调压时铁心磁路分析[J];江西电力;1994年03期

7 朱q

本文编号：2744280