高频集成型交错并联Boost-LLC变换器研究

作     者：王继承 

作者单位：浙江大学 

学位级别：硕士

导师姓名：邓焰

授予年度：2022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：DC/DC变换器 LLC 交错并联Boost 扩展函数描述法 软开关 

摘      要：随着信息化时代的不断发展,无论是个人还是行业,对于数据的重视程度都达到了前所未有的高度。数据中心数量增多、规模扩张的背后,对于其供电架构中的电能变换装置的性能提出了更高的要求。48V直流供电架构为数据中心的典型架构之一,其采用的DC/DC变换器一方面需要满足基本的电能变换功能,具有较高可靠性与稳定性,另一方面还需要具备高性能,如宽范围的增益变比,全范围工作下保持高性能变换等。本文着眼于一种集成型交错并联Boost-LLC谐振变换器拓扑,研究其基本工作原理及参数设计条件,建立其小信号模型并设计对应的控制策略,并通过仿真和实验进行了验证。具体内容如下:首先,针对集成型交错并联Boost-LLC谐振变换器的占空比调压方式,利用时域分析法进行了精确求解。通过对电路工作模态的区分,将半周期内工作波形分为三个模态,并以此列写时域方程组,利用数值计算的方法进行求解。以此结果为基础,设定效率最优条件和软开关边界条件,对集成型交错并联Boost-LLC谐振变换器的主要参数进行设计。其次,对集成型交错并联Boost-LLC变换器的小信号模型进行了研究,以此为基础对控制策略进行了设计。为解决传统状态空间平均法在谐振变换器的不适用问题,引入扩展函数描述法对变换器中的谐振变量进行拟合,从而建立了小信号模型,通过仿真进行验证。此外,根据小信号模型设计了单环控制和电压电流双环控制两套控制器,并设计了相应的控制参数。再次,对集成型交错并联Boost-LLC变换器的电路硬件设计进行了研究,从器件适用性、效率最优化等角度考虑器件选型。对控制器选取、采样及驱动电路设计进行了介绍,并说明了副边同步整流驱动的外驱动信号给定方式。确定硬件参数后,结合理论计算值进行了变换器效率估算,并给出损耗分布图。最后,在MATLAB/Simulink仿真平台上搭建了集成型Boost-LLC谐振变换器仿真模型,搭建了满额功率800W的实验平台。通过仿真和实验验证了本文理论分析的有效性。