基于复合式全桥LLC谐振变换器的充电模块研究与设计

发布时间：2020-10-10 05:20

　　汽车产业作为我国国民经济的支柱性产业,在社会经济发展中扮演着至关重要的角色。近年来,由于汽车产销量和保有量的快速增长,燃油车带来的能源紧缺问题、环境污染问题也愈发突出。为了保障能源的可持续发展,大力发展节能环保的新能源汽车已是大势所趋。在我国,纯电动汽车是使用数量最多且增速最快的新能源汽车,随着电动汽车的不断推广,生产厂家也越来越多,而且各厂家电动汽车的电池参数都各不相同。电池作为电动汽车的核心动力,根据不同的用途,其电压等级也不尽相同。目前从200V～800V之间的都有,乘用车一般在200V～400V之间,货运车一般在500V左右,大巴在500V～750V之间,往后大巴车电池电压也有超过900V的趋势。因此,宽跨度的充电电压对充电设备提出了更高要求,本文主要针对输出电压范围较宽同时兼具高效率的DC-DC变换器拓扑进行系统分析和研究。充电模块作为充电设备的核心部分,电路拓扑常用的架构方式为前后两级,分别为PFC级和DC-DC级。前级PFC主要是实现整流和升压的功能,后级DC-DC变换器拓扑主要是为了满足所需直流输出电压的要求,本文只针对后级DC-DC变换器拓扑进行系统研究。在众多DC-DC变换器中,LLC谐振变换器与PWM变换器比较而言,具有开关频率高、传输效率高、功率密度大等优点被广泛应用于开关电源,并且还有自然软开关的特性,可以在整个负载范围内完成更高效率的电能转换。目前,多数充电模块DC-DC级电路为交错并联LLC谐振拓扑,经过对比研究,发现该拓扑仍然继承着单个H桥LLC谐振变换器输出电压范围不够宽的缺点。基于此,本文结合LLC谐振技术,提出将复合式全桥拓扑应用于充电模块的DC-DC级电路中,详细分析了移相模式和斩波模式下的拓扑工作原理与电压增益关系,对每个开关管的驱动逻辑和数字实现方法进行了设计,通过闭环控制实现了目标要求。最后,在PSIM中建立了复合式全桥LLC谐振变换器仿真模型,利用该模型对本文中的理论研究及所提策略进行仿真分析,同时也搭建了相关实验平台,进行实际测试,结果表明了理论研究的正确性和所提策略的合理性。因此,复合式全桥LLC谐振变换器不仅解决了输出电压宽跨度的问题而且还保证了变换器的高效率运行。
【学位单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TM46
【部分图文】：

电路拓扑

高温高压特性可以使器件应用在条件更为苛电路拓扑结构；高频特性可以减小系统中无源元件的体积积和尺寸。如图 1-1 所示为单个 H 桥 LLC 拓扑，把原来的，此电路的优点很明显，解决了高压问题，电路结构简单：电压增益范围受限，达不到我们的需求[8-10]。

三电平,电路拓扑

Fig.1-1 H-bridge LLC circuit topologyLC 谐振拓扑示为 Si-MOS 的三电平 LLC 谐振电路。在高电压的需求下 Si-MOS，因为每个开关的承受电压几乎为输入电压的一SiC-MOS，所以成本稍微低一点，但是驱动逻辑会稍微复也存在范围不够宽的问题[11]。

交错并联,电路拓扑

如图 1-3 所示为两个 H 桥 LLC 交错并联电路。两个 LLC ，输出的电流纹波可以相互抵消，进一步减小输出滤波电LLC 的缺点，增益特性不理想。当在频率上限时加入调宽调的问题。又因为是多个 H 桥电路，每个开关需要单独的PWM 数目要求较高，很多时候一个 DSP 芯片难以满足[12-1

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