串联型大功率LLC谐振变换器的研究与设计

作     者：董德林 

作者单位：河北工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李练兵

授予年度：2019年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：输入串联输出串联(ISOS) LLC谐振变换器 大功率 直流充电桩 谐振参数设计 

摘      要：高效率、高功率密度的DC/DC变换器是当今电力电子研究的热点,想要实现高功率密度必须使变换器高频化,但高频化会带来开关损耗的增加,效率的降低。为了克服开关损耗,采用软开关电路是解决该问题的唯一途径。而LLC谐振变换器具有开关管电压应力低、软开关、效率高等优点,被广泛应用在直流充电电源、航空航天和通讯广播电源等场合,本文以应用在直流充电桩的充电电源为背景,对大功率LLC谐振变换器展开了研究与设计。本文首先结合仿真波形,分析了全桥LLC谐振变换器的工作原理以及增益特性,基于基波近似法（FHA）,对传统的增益公式进一步演变化简,提出了一种简单且明确的最优谐振参数设计方法,并借助数学分析软件maple进行了全方位的理论验证。根据设计好的谐振参数,设计了谐振变压器和谐振电感。其次对串联型LLC变换器的控制器进行了详细分析和设计,控制器设计主要包括:交错控制、均压均流控制、模糊自适应PID控制以及恒压恒流闭环控制。基于控制器研究的基础上,设计了硬件电路,硬件电路包括控制电路和功率电路,控制电路以TMS320F2808为控制核心,扩展电路包括直流母线电压、电流检测电路、复位电路、过压过流检测电路、内核电压故障保护电路、通信电路等。功率电路包括谐振电路、辅助电源电路和PWM驱动电路。接着进行了系统软件设计,包括程序的初始化、控制流程以及控制算法从S域到离散化的方法。最后制作了一台15kW的实验样机,结合实验波形对前面的理论分析和控制策略进行了实验验证,结果表明本文设计的谐振参数满足设计要求且具有较高的效率。