半桥LLC谐振式车载充电机电源的研究与设计

发布时间：2017-07-20 22:30

  本文关键词：半桥LLC谐振式车载充电机电源的研究与设计

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【摘要】：随着全球经济的不断快速发展,燃油型机动车数量在日益增多,能源消耗与环境污染的问题也越来越突出。近年来,各个国家在大力推动电动汽车的发展,成为了解决上述问题的有效方法之一。车载充电机作为电动汽车的核心设备,关系着电网与电池之间的能量传输。研究与设计良好性能的车载充电机不但可以提高电动汽车电池寿命,提高电动汽车性能,也可以节约能源,减少污染,对推广电动汽车有着重要的意义。车载充电机作为电力电子设备,也向着小型化,轻量化,高功率密度化发展,而且充电机直接与电网相连,对功率因数、输入电压纹波、效率等提出了更高的要求,因此选择适当的拓扑和控制方式十分重要。本文根据设计要求,开发了一款半桥LLC谐振式车载充电机,该充电机具有两级拓扑结构,前级APFC和后级半桥LLC。APFC通常有很多种拓扑结构,按照每种拓扑结构的优缺点,选择工作在CCM模式下的BOOST型APFC拓扑,该拓扑可以实现宽电压范围输入和高功率因数。后级DC-DC变换部分是通过谐振方式来实现的,在传统的半桥电路基础上加入谐振槽网络,在PFM控制模式下调节输出电压。利用saber仿真软件分别对前后级电路做了闭环仿真分析,开发了一款功率为1000W的车载充电机电源样机,交流电压输入范围为AC90V~AC264V,直流电压输出范围为DC60V~DC90V,输出额定电压为DC84V。对充电机进行调试及相关测试,给出了实验波形和数据。最后对实验数据和波形进行了分析,所测得的实验数据以及主要器件波形满足设计指标要求,验证了仿真和理论的及可行性。
【关键词】：车载充电机 APFC PFM 半桥LLC
【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U463.63
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-16
• 1.1 课题研究的意义及背景11
• 1.2 国内外充电机发展现状11-12
• 1.3 软开关电源发展现状12-14
• 1.4 主要研究内容与结构安排14-16
• 第2章 车载充电机总体方案设计16-22
• 2.1 车载充电机的设计指标16
• 2.2 车载充电机的整体结构16-17
• 2.3 APFC电路拓扑选择17-19
• 2.3.1 BUCK型有源功率因数校正17-18
• 2.3.2 FLYBACK型功率因数校正18
• 2.3.3 BOOST型功率因数校正18-19
• 2.4 软开关DC-DC变换器的拓扑选择19-21
• 2.4.1 不对称半桥型变换器19-20
• 2.4.2 移相全桥型变换器20-21
• 2.4.3 半桥LLC型变换器21
• 2.5 本章小结21-22
• 第3章 车载充电机电路研究22-42
• 3.1 APFC电路研究22-26
• 3.1.1 BOOST型APFC主电路原理22-23
• 3.1.2 模态分析23-25
• 3.1.3 BOOST型APFC电路平均电流控制方法25-26
• 3.2 半桥LLC谐振电路研究26-41
• 3.2.1 模态分析26-34
• 3.2.2 LLC变换器的FHA等效模型34-37
• 3.2.3 LLC变换器的直流增益特性37-40
• 3.2.4 LLC变换器的短路特性40-41
• 3.2.5 LLC变换器的空载特性41
• 3.3 本章小结41-42
• 第4章 车载充电机电路设计与仿真42-68
• 4.1 BOOST型APFC主功率电路设计42-46
• 4.1.1 EMI滤波电路设计42-43
• 4.1.2 功率电感的选取43-44
• 4.1.3 MOSFET的选取44-45
• 4.1.4 功率二极管的选取45
• 4.1.5 输入整流桥的选择45-46
• 4.1.6 输出滤波电容的选择46
• 4.2 BOOST型APFC控制电路设计46-50
• 4.2.1 L4981A介绍46-47
• 4.2.2 控制电路设计与计算47-50
• 4.3 APFC电路仿真分析50-54
• 4.3.1 输入电流波形51-52
• 4.3.2 电感电流波形52-53
• 4.3.3 输出电压波形53-54
• 4.4 LLC主功率电路参数设计54-60
• 4.4.1 谐振槽的设计54-57
• 4.4.2 高频变压器的设计57-59
• 4.4.3 功率管的选取59
• 4.4.4 输出电容的选择59-60
• 4.5 LLC控制电路设计60-64
• 4.5.1 L6599介绍60-61
• 4.5.2 控制电路设计和参数计算61-64
• 4.6 LLC电路闭环仿真分析64-67
• 4.6.1 LLC启机调频波形65
• 4.6.2 主要器件波形65-67
• 4.7 本章小结67-68
• 第5章 实验样机及结果分析68-74
• 5.1 实验样机及平台搭建68
• 5.2 前级APFC电路波形68-70
• 5.2.1 输入电压电流波形68-69
• 5.2.2 空载试验波形69-70
• 5.3 LLC软开关波形70-72
• 5.3.1 MOS管ZVS波形70-71
• 5.3.2 整流二极管波形71-72
• 5.4 充电机效率测试72-73
• 5.5 本章小结73-74
• 结论74-76
• 参考文献76-80
• 攻读学位期间发表的学术论文80-81
• 致谢81

【参考文献】

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本文编号：570326