基于SiC器件的全桥LLC谐振变换器的研究与开发

发布时间：2023-03-09 19:54

　　高频化、高功率密度、高效率、数字化是当今DC/DC直流变换器的发展趋势。相比于其他开关变换器,LLC谐振变换器具有较宽的输入输出电压调节范围,能够在全负载范围内实现开关管的ZVS,并且在大部分情况下实现整流二极管的ZCS,具有开关频率高、效率高、功率密度大、EMI噪声小等诸多优点。此外,LLC谐振变换器可以实现磁集成,进一步减小寄生参数的干扰和电源体积。近年来,碳化硅(SiC)器件因其优越的性能得到快速的发展,SiC MOSFET具有高耐压、低导通电阻、高频、耐高温、结电容小等诸多优点,可以使应用电路实现大功率、高密度、小型化。在此背景下,本文研究并设计了一款基于SiC MOSFET的数字式全桥LLC谐振变换器,将具有更高耐压的Si C MOSFET与全桥LLC谐振变换器有机结合,可大大提高LLC谐振变换器的输入电压。本文首先通过分析变换器的几种拓扑结构,确定全桥LLC谐振变换器作为本文的研究对象。接着,采用基波近似分析法(FHA)对变换器进行稳态建模,推导和分析了变换器的稳态直流增益特性。根据谐振网络阻抗特性和变换器工作原理,确定了LLC谐振变换器的最佳工作状态并详细分析该状态下的工...

【文章页数】：77 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 高频开关电源及其发展
    1.2 谐振变换器
        1.2.1 谐振变换器分类
        1.2.2 LLC谐振变换器
    1.3 SiC器件的特性与应用
        1.3.1 SiC器件的特性
        1.3.2 SiC器件在高压大功率DC/DC电源中的应用
    1.4 本文研究的主要内容及章节安排
第二章 全桥LLC谐振变换器的原理与特性
    2.1 LLC变换器的拓扑结构选取
    2.2 全桥LLC谐振变换器的稳态分析与工作原理
        2.2.1 基于基波分析法的等效电路模型
        2.2.2 等效电路直流电压增益特性分析
        2.2.3 谐振网络输入阻抗与工作区域
        2.2.4 全桥LLC谐振变换器的工作过程
    2.3 全桥LLC谐振变换器参数设计
        2.3.1 开关管ZVS条件推导
        2.3.2 谐振参数设计步骤
    2.4 本章小结
第三章 全桥LLC谐振变换器的小信号建模与分析
    3.1 小信号分析概述
    3.2 LLC谐振变换器的小信号建模
        3.2.1 非线性状态方程设立
        3.2.2 非线性环节的处理
        3.2.3 稳态时大信号模型
        3.2.4 小信号状态方程
    3.3 补偿器设计
    3.4 本章小结
第四章 全桥LLC谐振变换器系统的硬件与软件设计
    4.1 变换器参数计算
        4.1.1 主电路参数计算
        4.1.2 磁性元件电流推导
    4.2 主电路元件设计与选型
        4.2.1 变压器设计
        4.2.2 谐振电感设计
        4.2.3 功率元器件选型
        4.2.4 输出滤波电容容值
    4.3 SiC MOSFET驱动电路设计
        4.3.1 SiC MOSFET特性分析
        4.3.2 驱动电路设计
    4.4 全桥LLC谐振变换器软件设计
        4.4.1 数字控制器UCD3138简介
        4.4.2 PID补偿器介绍
        4.4.3 系统整体控制
    4.5 本章小结
第五章 仿真与实验
    5.1 仿真结果与分析
    5.2 实验结果与分析
        5.2.1 SiC MOSFET驱动测试
        5.2.2 不同负载下的实验波形
        5.2.3 变换器软启动测试
    5.3 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 全文工作总结
    6.2 今后工作的展望
参考文献
攻读硕士学位期间取得的研究成果
致谢
附件



本文编号：3758196