多相多电平谐振直流变换器拓扑理论和控制策略研究

发布时间：2017-08-14 00:31

  本文关键词：多相多电平谐振直流变换器拓扑理论和控制策略研究

  更多相关文章： 多相多电平 谐振变换器 LLC LCC 变频控制 定频控制 ZVS ZCS

【摘要】：在电动汽车和轨道交通辅助电源等高压大功率场合,开关管电压应力、电流应力较高,开关管选择困难,多相多电平(Multi-phase multi-level,MPML)结构可降低开关管电压电流应力,有效满足高压大功率需求。本文分别从拓扑结构、输出端电气特性和控制策略角度进行了MPML直流变换器的推演。从原边开关管结构出发,提出两种MPML直流变换器拓扑结构,即横向扩展结构和纵向扩展结构;由输出端电气特性的不同可推演得到电压源型和电流源型MPML直流变换器拓扑;从不同的控制策略角度——变频控制策略和定频控制策略,可推演得到谐振型和PWM型MPML直流变换器。结合多电平结构、多相结构和谐振变换器的优点,采用纵向扩展结构进行拓扑推演,分别提出了模块化MPML LLC谐振变换器和MPML LCC谐振变换器,以三个模块结构为例,详细分析了变频控制策略下的MPML LLC谐振变换器和MPML LCC谐振变换器的工作原理和基本特性,通过基波分析法得到两种变换器的等效电路模型和输入输出电压增益曲线,针对增益曲线下的不同工作区域分别进行参数设计,分别完成了540V~660V输入、400V/5A输出的原理样机,实验结果验证了理论分析的正确性。考虑到MPML谐振变换器在宽输入电压和宽负载范围情况下开关频率调节范围较宽,不利于磁性元件的优化设计。为此,以MPML LLC谐振变换器为例,提出定频不对称控制策略,分析不对称控制方式下变换器的工作原理和基本特性,设计变换器参数,搭建了一台540V~660V输入、400V/5A输出的原理样机,并进行了实验验证。本文所提出的模块化MPML谐振变换器优点如下:多电平结构使得原边开关管的电压应力仅为输入电压的1/n,n为模块数,多相结构可有效降低开关管电流定额,尤其适用于高压大功率变换场合。采用变频控制策略,在宽电压和宽负载范围内,所有原边开关管实现零电压开关,所有副边整流管实现零电流开关。采用定频不对称控制策略,可以优化磁性元件的设计。
【关键词】：多相多电平 谐振变换器 LLC LCC 变频控制 定频控制 ZVS ZCS
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM46
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-13
• 注释表13-15
• 第一章 绪论15-25
• 1.1 概述15
• 1.2 适用于高压大功率场合的直流变换器拓扑发展现状15-20
• 1.2.1 器件、模块的串并联15-16
• 1.2.2 三相型直流变换器16-17
• 1.2.3 三相三电平直流变换器17-19
• 1.2.4 具有模块化结构的多电平变换器19-20
• 1.3 适用于高压大功率场合的MPML直流变换器拓扑推演20-23
• 1.3.1 拓扑结构角度20-22
• 1.3.2 输出端电气特性角度22-23
• 1.3.3 控制策略角度23
• 1.4 本文研究意义和主要内容23-25
• 1.4.1 研究意义23-24
• 1.4.2 主要内容24-25
• 第二章 变频控制MPML LLC谐振变换器25-54
• 2.1 引言25
• 2.2 MPML LLC谐振变换器拓扑结构及其控制策略25-26
• 2.3 变换器工作原理26-42
• 2.3.1 等效电路26-28
• 2.3.2 模式①的模态分析28-34
• 2.3.3 模式②的模态分析34-40
• 2.3.4 谐振电容两端直流偏置电压40-41
• 2.3.5 输入电容均压分析41
• 2.3.6 输出滤波电容41-42
• 2.4 变换器基本特性42-47
• 2.4.1 基波分量简化法42-43
• 2.4.2 谐振网络的简化43-45
• 2.4.3 标幺化45
• 2.4.4 变换器电压增益45-47
• 2.5 参数设计47-51
• 2.5.1 变换器输入输出指标47
• 2.5.2 区域①的参数设计47-50
• 2.5.3 区域②的参数设计50-51
• 2.6 实验结果与分析51-53
• 2.6.1 区域①的实验结果51-52
• 2.6.2 区域②的实验结果52-53
• 2.7 本章小结53-54
• 第三章 变频控制MPML LCC谐振变换器54-77
• 3.1 引言54
• 3.2 MPML LCC谐振变换器拓扑结构及其控制策略54
• 3.3 变换器工作原理54-67
• 3.3.1 等效电路55-56
• 3.3.2 模式①的模态分析56-62
• 3.3.3 模式②的模态分析62-67
• 3.4 变换器基本特性67-72
• 3.4.1 稳态模型的推导67-71
• 3.4.2 电压增益曲线71
• 3.4.3 软开关范围实现71-72
• 3.5 参数设计72-74
• 3.5.1 φ 和 θ 的选取72-73
• 3.5.2 谐振网络设计73
• 3.5.3 变压器、谐振电感、谐振电容的设计和功率器件的选取73-74
• 3.6 实验结果与分析74-75
• 3.7 本章小结75-77
• 第四章 定频控制MPML LLC谐振变换器77-82
• 4.1 引言77
• 4.2 定频控制方式下MPML LLC谐振变换器工作特性77-79
• 4.3 仿真对比79
• 4.4 参数设计79-80
• 4.5 实验结果与分析80-81
• 4.6 本章小结81-82
• 第五章 总结与展望82-84
• 5.1 本文的主要工作82-83
• 5.2 工作展望83-84
• 参考文献84-88
• 致谢88-89
• 攻读硕士学位期间所发表的论文及参与完成的科研项目89

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本文编号：669876