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

发布时间：2020-09-14 08:50

　　随着能源和环境问题的日益严重，电动汽车越来越普及，而电动汽车的使用必然需要一台性能良好，高效可靠的电池充电器。目前，蓄电池的充电方式主要有恒压充电、恒流充电、恒压恒流充电、脉冲充电等，其中恒压恒流充电方式对电池性能维护最好，不易出现过充、欠充等问题，因此可以有效延长蓄电池的使用寿命。常见的充电拓扑有正激、Buck、Boost、串联谐振、并联谐振、串并联谐振等，而半桥LLC谐振变换器可以实现全负载和全输入电压范围内功率开关管的ZVS，并可通过磁集成技术提高整机的功率密度，具有明显的优势。此外，随着功率变换器控制技术的迅速发展，数字控制逐渐体现其优势，与传统的模拟控制相比，具有灵活性高、元器件数量少、成本低、可以实现复杂的控制算法等优点。论文以最大输出功率2.2kW的蓄电池充电器为研究对象，针对高功率密度、高效率、低成本的设计要求，选择了半桥式LLC谐振变换器作为主功率拓扑，并采用全数字控制方式实现变换器的闭环控制、采样保护、蓄电池充电管理等功能。本文首先介绍了半桥LLC谐振变换器的工作原理及其增益特性，给出了谐振参数对变换器特性的影响，并进行了参数设计；然后利用扩展函数描述法对半桥LLC谐振变换器进行数学建模，并通过频域仿真法验证了数学模型的准确性；接着基于该数学模型，设计了PID补偿器，并分析了数字控制的影响，在离散域进行了控制器稳定性分析，验证了基于数字控制的环路设计的可靠性与合理性；此外，论文在Saber中搭建仿真模型，进行了半桥LLC谐振变换器开环、闭环以及环路切换的仿真验证；最后搭建了一台基于DSP28027的样机，完成相关实验验证。
【学位单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2014
【中图分类】：U469.72;TM910.6
【部分图文】：

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图 1.4 半桥 LC 串联谐振变换器原理图变换器的直流增益特性曲线，本文首先根据基波分析法其直流增益表达式[15]：2 21( )11 ( )nnMQ ff

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0ac ac ac r ac，在 Matlab 中绘制直流增益曲线，如图 1.5 所示，该曲线描绘了关系。在直流增益曲线下降的工作区域，变换器工作于零电压开关上升的工作区域，变换器处于零电流开关模式，即 ZCS。当变换着负载不断变轻，相同的直流增益需要更高的开关频率，同时，络的阻抗增加，很大一部分能量在谐振槽与输入之间循环，而不向和空载时采取另外的控制策略以实现输出电压控制。

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半桥式LC并联谐振变换器原理图

【参考文献】