3KW双相LLC谐振变换器研究与设计
发布时间：2021-08-19 13:15
LLC谐振变换器具有软开关特性可在全负载范围内实现原边开关管零电压开通和副边整流二极管零电流关断,具有低开关损耗,高效率,大功率密度的优点,广泛应用于DC/DC电源的设计。但是,受器件应力、输出纹波等因素的影响,单个LLC谐振变换器在大功率、大电流场合应用受到限制。多个电源并联是电源功率扩容的常用方法,但如何保证良好的并联均流特性是该方法面临的主要问题。受工艺制造水平的限制和环境因素的影响,各个并联模块的参数不一致,会导致各模块电流不均衡。LLC谐振变换器并联均流对谐振网络参数的差异很敏感,较小的参数差异也会引起负载电流的不平衡,导致负载调整率较差、调频范围过宽。本文首先研究了单个半桥LLC谐振变换器,利用基波分析法建立其等效模型,阐述了其工作原理和增益特性,并依据设计指标进行了的参数的计算。接着,建立了双相LLC谐振变换器的并联等效模型,引入失衡度参考量评价两路变换器输出电流的不平衡程度,根据模型推导出失衡度与谐振参数关系式,分析了三个谐振参数及其组合对并联系统均流的影响,并通过仿真进行了验证。然后,提出了一种基于虚拟阻抗的均流控制策略,该策略将一个虚拟阻抗串联到谐振网络中,通过它来...
【文章来源】：西南科技大学四川省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
<<时的工作波形
13率和品质因数三个参数共同决定，其中电感比值和品质因数与电路参数有关联。而LLC谐振变换器通过调节工作频率来改变增益，从而达到调节输出电压的目的。所以在LLC谐振变换器的电路参数优化设计过程中，有必要先分析电感比值和品质因数对增益的影响规律，再根据设计指标确定最优化电路参数。本文借助Mathcad工具绘制出增益在不同情况下的函数曲线簇并对其进行分析。(1)不同值情况下，分析增益特性：取=0.6时，根据不同值(=1、2、5、8、10、12)绘制出对应电压增益曲线，如图2-5所示。从图中可知，不同的取值情况下，对应的增益范围和频率变化范围有所不同。在越小时，工作频率变化范围就越小，即<<；同时对应的增益变化范围就越大，即>>。根据值变化对增益的影响规律可以得出：选择较小的值不仅可以获得较高的增益，还能缩小工作频率范围，有助于控制器设计和EMI电路的选择。但越小的值就意味着励磁电感越小，这将使励磁电流增大从而加重系统的导通损耗。同时从控制角度出发，过小的工作范围不利于系统调节输出。因此，在选择值时，需要综合考虑电压增益需求与变换器效率需求，通常值选取范围在3~7之间。Δf1Δf2Δf3ΔG1ΔG2ΔG3图2-5不同值对应增益曲线(2)不同值情况下，分析增益特性：当变换器的谐振网络参数选定后，电感比值被确定不变，品质因数随负载变化而变化。这里取=5时，根据不同值(=0.1、0.5、1、2、10)可以绘制出对应的电压增益曲线簇，如图2-6所示。从图中可知，随着负载变重(值变大)，所对应的电压增益峰值减小，拐点频率增大。这就意味着满载对应着最大的值和最小的开关频率。谐振网络的输入阻抗特性会随工作频率变化呈现容性、阻性或感性。将、和代入式(2-6)，输入阻抗可进一步表示为：
15关管的零电压开通(ZVS)，其输入阻抗始终为感性。a区b区c区图2-6不同值对应增益曲线综上所述分析，系统要实现开关管零电压开通，需要满足输入阻抗为感性这个前提，所以一般将电路设计在b、c区。在工程设计时，要注意负载和增益范围，使变换器在全负载范围内满足增益需求。选择较小的值，有利于变换器在较小的频率变化范围内得到更高的电压增益，但要获得最低电压增益，就需要更多的开关频率；选择较大的值，可以提高负载功率，工作频率范围更宽，但可能会进入容性区而无法实现ZVS，不利于变换器稳定运行。2.3LLC谐振变换器设计根据前两节对半桥LLC谐振变换器拓扑的分析，可知变换器电路参数比较多且相互影响。所以在制作实验样机前，需确定基本的设计要求，包括输入电压、输出电压和输出功率等参数。根据设计要求，进行谐振网络参数设计、功率变压器设计、功率器件应力计算等。LLC谐振变换器具体设计指标如下表2-1所示。表2-1LLC谐振变换器设计指标参数最小值额定值最大值单位输入电压350380400V输出电压445458V输出电流28A输出功率1500W工作频率84126180kHz2.3.1谐振网络参数设计
【参考文献】：
期刊论文
[1]三电平LLC调制策略研究[J]. 王明达,张兴,赵涛,王新宇. 电力电子技术. 2019(10)
[2]全桥LLC谐振变换器研究[J]. 彭秋雨,赵葵银,熊赛,周慧芳. 湖南工程学院学报(自然科学版). 2019(03)
[3]基于模块化LLC谐振变换器的光伏中压直流并网方案[J]. 陈佳玺,江道灼,张翀,胡列翔,陆翌. 电力建设. 2018(10)
[4]基于模块组合式LLC谐振变换器的直流配电网研究[J]. 吴鸣,宋振浩,洪婴,张海,郑楠. 电气应用. 2018(10)
[5]面向直流微网的双向DC-DC变换器研究现状和应用分析[J]. 雷志方,汪飞,高艳霞,阮毅. 电工技术学报. 2016(22)
[6]LLC谐振变换器的移相控制特性分析[J]. 杜帅林,贾晓宇,胡长生,徐德鸿. 电力电子技术. 2016(09)
[7]数字控制LLC谐振全桥变换器的应用设计[J]. 史永胜,李晓明,高丹阳. 电子器件. 2016(02)
[8]采用模块化结构的多相多电平LLC谐振变换器[J]. 金峰,刘福鑫,阮新波. 中国电机工程学报. 2015(17)
[9]从智能电网到能源互联网:基本概念与研究框架[J]. 董朝阳,赵俊华,文福拴,薛禹胜. 电力系统自动化. 2014(15)
[10]基于虚拟阻抗且提高系统带宽的抑制两级式逆变器中二次谐波电流的控制策略[J]. 张力,任小永,阮新波. 电工技术学报. 2014(06)
硕士论文
[1]双向LLC谐振式DC/DC变换器研究[D]. 李青平.湘潭大学 2019
[2]半桥LLC谐振变换器的研究[D]. 李杰.北京交通大学 2018
[3]具有自然均压特性的多变换器模块输入串联输出并联系统研究[D]. 刘飞.南京航空航天大学 2018
[4]基于交错并联PFC及LLC谐振变换器车载充电机的设计[D]. 田风华.浙江工业大学 2016
[5]SiC MOSFET LLC谐振变换器移相控制特性分析[D]. 杜帅林.浙江大学 2016
[6]数字式LLC谐振变换器及并联均流技术的研究[D]. 潘钢.西南交通大学 2015
[7]基于全数字控制LLC谐振变换器的电动汽车电池充电器研究[D]. 刘一希.南京航空航天大学 2014
[8]基于LLC谐振并联均流模块化高频充电机的研究与设计[D]. 耿中星.南京理工大学 2014
本文编号：3351479
【文章来源】：西南科技大学四川省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
<<时的工作波形
13率和品质因数三个参数共同决定，其中电感比值和品质因数与电路参数有关联。而LLC谐振变换器通过调节工作频率来改变增益，从而达到调节输出电压的目的。所以在LLC谐振变换器的电路参数优化设计过程中，有必要先分析电感比值和品质因数对增益的影响规律，再根据设计指标确定最优化电路参数。本文借助Mathcad工具绘制出增益在不同情况下的函数曲线簇并对其进行分析。(1)不同值情况下，分析增益特性：取=0.6时，根据不同值(=1、2、5、8、10、12)绘制出对应电压增益曲线，如图2-5所示。从图中可知，不同的取值情况下，对应的增益范围和频率变化范围有所不同。在越小时，工作频率变化范围就越小，即<<；同时对应的增益变化范围就越大，即>>。根据值变化对增益的影响规律可以得出：选择较小的值不仅可以获得较高的增益，还能缩小工作频率范围，有助于控制器设计和EMI电路的选择。但越小的值就意味着励磁电感越小，这将使励磁电流增大从而加重系统的导通损耗。同时从控制角度出发，过小的工作范围不利于系统调节输出。因此，在选择值时，需要综合考虑电压增益需求与变换器效率需求，通常值选取范围在3~7之间。Δf1Δf2Δf3ΔG1ΔG2ΔG3图2-5不同值对应增益曲线(2)不同值情况下，分析增益特性：当变换器的谐振网络参数选定后，电感比值被确定不变，品质因数随负载变化而变化。这里取=5时，根据不同值(=0.1、0.5、1、2、10)可以绘制出对应的电压增益曲线簇，如图2-6所示。从图中可知，随着负载变重(值变大)，所对应的电压增益峰值减小，拐点频率增大。这就意味着满载对应着最大的值和最小的开关频率。谐振网络的输入阻抗特性会随工作频率变化呈现容性、阻性或感性。将、和代入式(2-6)，输入阻抗可进一步表示为：
15关管的零电压开通(ZVS)，其输入阻抗始终为感性。a区b区c区图2-6不同值对应增益曲线综上所述分析，系统要实现开关管零电压开通，需要满足输入阻抗为感性这个前提，所以一般将电路设计在b、c区。在工程设计时，要注意负载和增益范围，使变换器在全负载范围内满足增益需求。选择较小的值，有利于变换器在较小的频率变化范围内得到更高的电压增益，但要获得最低电压增益，就需要更多的开关频率；选择较大的值，可以提高负载功率，工作频率范围更宽，但可能会进入容性区而无法实现ZVS，不利于变换器稳定运行。2.3LLC谐振变换器设计根据前两节对半桥LLC谐振变换器拓扑的分析，可知变换器电路参数比较多且相互影响。所以在制作实验样机前，需确定基本的设计要求，包括输入电压、输出电压和输出功率等参数。根据设计要求，进行谐振网络参数设计、功率变压器设计、功率器件应力计算等。LLC谐振变换器具体设计指标如下表2-1所示。表2-1LLC谐振变换器设计指标参数最小值额定值最大值单位输入电压350380400V输出电压445458V输出电流28A输出功率1500W工作频率84126180kHz2.3.1谐振网络参数设计
【参考文献】：
期刊论文
[1]三电平LLC调制策略研究[J]. 王明达,张兴,赵涛,王新宇. 电力电子技术. 2019(10)
[2]全桥LLC谐振变换器研究[J]. 彭秋雨,赵葵银,熊赛,周慧芳. 湖南工程学院学报(自然科学版). 2019(03)
[3]基于模块化LLC谐振变换器的光伏中压直流并网方案[J]. 陈佳玺,江道灼,张翀,胡列翔,陆翌. 电力建设. 2018(10)
[4]基于模块组合式LLC谐振变换器的直流配电网研究[J]. 吴鸣,宋振浩,洪婴,张海,郑楠. 电气应用. 2018(10)
[5]面向直流微网的双向DC-DC变换器研究现状和应用分析[J]. 雷志方,汪飞,高艳霞,阮毅. 电工技术学报. 2016(22)
[6]LLC谐振变换器的移相控制特性分析[J]. 杜帅林,贾晓宇,胡长生,徐德鸿. 电力电子技术. 2016(09)
[7]数字控制LLC谐振全桥变换器的应用设计[J]. 史永胜,李晓明,高丹阳. 电子器件. 2016(02)
[8]采用模块化结构的多相多电平LLC谐振变换器[J]. 金峰,刘福鑫,阮新波. 中国电机工程学报. 2015(17)
[9]从智能电网到能源互联网:基本概念与研究框架[J]. 董朝阳,赵俊华,文福拴,薛禹胜. 电力系统自动化. 2014(15)
[10]基于虚拟阻抗且提高系统带宽的抑制两级式逆变器中二次谐波电流的控制策略[J]. 张力,任小永,阮新波. 电工技术学报. 2014(06)
硕士论文
[1]双向LLC谐振式DC/DC变换器研究[D]. 李青平.湘潭大学 2019
[2]半桥LLC谐振变换器的研究[D]. 李杰.北京交通大学 2018
[3]具有自然均压特性的多变换器模块输入串联输出并联系统研究[D]. 刘飞.南京航空航天大学 2018
[4]基于交错并联PFC及LLC谐振变换器车载充电机的设计[D]. 田风华.浙江工业大学 2016
[5]SiC MOSFET LLC谐振变换器移相控制特性分析[D]. 杜帅林.浙江大学 2016
[6]数字式LLC谐振变换器及并联均流技术的研究[D]. 潘钢.西南交通大学 2015
[7]基于全数字控制LLC谐振变换器的电动汽车电池充电器研究[D]. 刘一希.南京航空航天大学 2014
[8]基于LLC谐振并联均流模块化高频充电机的研究与设计[D]. 耿中星.南京理工大学 2014
本文编号：3351479
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