LLC谐振变换器的运行动态分析与优化

发布时间：2017-09-08 03:01

  本文关键词：LLC谐振变换器的运行动态分析与优化

  更多相关文章： LLC谐振变换器 数值模型 启动优化 峰值电流控制

【摘要】：随着通信系统、计算机以及消费电子的发展,更高效率、更小体积的电源系统成为了用户的广泛需求。LLC谐振变换器能够实现主开关管零电压导通,效率高、功率密度大并且工作范围宽,受到广泛研究和应用。然而,不同于传统PWM变换器,LLC谐振变换器的动态特性十分复杂,给其动态的分析和控制带来了一些难题。LLC谐振变换器的谐振频率接近于开关频率,且其工作特性随开关频率和负载变化而变化,具有很强的非线性,因此难以应用传统线性分析方法分析其动态特性。LLC谐振变换器的谐振腔动态非常快,但输出动态相对缓慢,因这种动态差异,以至于在一些快速变化的动态过程中,如启动过程、负载突变过程等,谐振腔内容易出现很大的电流应力,威胁系统的安全运行。为了准确分析LLC谐振变换器的动态过程,本文首先详细分析了其在不同工作频率下的开关模态,并从中总结出了9种不同的模态,分析了模态之间的转换条件,建立了LLC谐振变换器的数值模型,该模型可精确描述开关周期内谐振变量的变化过程,可用于分析LLC谐振变换器的快速动态过程。应用数值模型,分析和优化了LLC谐振变换器的启动动态。本文在LLC谐振变换器的数值模型基础上,建立了降频启动方法的数值模型,应用该模型,得出了启动频率与初始电流冲击的关系曲线,通过该曲线可选择合适的启动频率。为了降低启动频率,本文提出了一种调宽启动策略,并基于数值模型分析了启动初始电流冲击与启动初始占空比的关系,采用该策略可直接在谐振频率处启动。为了将启动过程中的谐振电流峰值抑制在限定的范围内,本文根据限流值得出了占空比与输出电压的关系,优化了调宽启动过程。为了分析LLC谐振变换器的动态性能,本文基于数值算法建立了其小信号时域分析模型,分析了开关频率以及输出参数对变换器小信号特性的影响。根据分析结果,给出了单电压环控制策略中控制参数的设计原则。在负载突变工况中,为了加快输出动态,必须加大单电压环控制带宽,但同时会引起谐振电流的较大超调,为了解决这一矛盾,本文提出一种峰值电流控制策略,通过增加谐振电流峰值限流内环,可在负载突变过程中有效控制谐振电流峰值。总之,本文基于数值算法,分析和解决了LLC谐振变换器在启动和负载突变等快速动态中出现的电流冲击问题,保障了系统的安全运行。
【关键词】：LLC谐振变换器 数值模型 启动优化 峰值电流控制
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM46
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 1 绪论11-20
• 1.1 研究背景11-13
• 1.2 国内外研究现状13-18
• 1.3 本文研究内容与结构18-20
• 2 LLC谐振变换器的基本特性分析与数值模型20-49
• 2.1 LLC谐振变换器的电路结构20-21
• 2.2 LLC谐振变换器的开关模态分析21-29
• 2.3 LLC谐振变换器的稳态特性分析29-37
• 2.4 LLC谐振变换器的数值模型37-47
• 2.5 仿真和实验验证47-48
• 2.6 本章小结48-49
• 3 LLC谐振变换器的启动动态分析与优化49-63
• 3.1 引言49-51
• 3.2 降频启动方法的分析51-53
• 3.3 调宽启动方法的分析与优化53-57
• 3.4 仿真和实验结果57-62
• 3.5 本章小结62-63
• 4 LLC谐振变换器的负载瞬时动态分析与优化63-73
• 4.1 引言63
• 4.2 LLC谐振变换器的小信号分析模型63-68
• 4.3 LLC谐振变换器的单环控制策略68-69
• 4.4 LLC谐振变换器的峰值电流控制策略69-71
• 4.5 实验结果71-72
• 4.6 本章小结72-73
• 5 全文总结与展望73-75
• 5.1 全文总结73-74
• 5.2 未来工作展望74-75
• 致谢75-76
• 参考文献76-82
• 附录1攻读学位期间发表论文、专利目录82

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本文编号：811477