宽输入范围串联半桥LLC谐振变换器研究

作     者：朱小伟 

作者单位：北京交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：郝瑞祥

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：三电平 串联半桥 LLC 宽输入范围 变模态 电容电压平衡 

摘      要：随着能源危机和环境污染的日益严重,新能源的开发与利用变得至关重要。在新能源发电系统的诸多应用中,DC/DC变换器是不可或缺的一环,通常要求其具有输入范围宽、转换效率高等特性。本文以串联半桥LLC谐振变换器为研究对象,重点研究如何拓宽增益范围和平衡电容电压,使其更加适用于新能源发电领域。针对串联半桥LLC谐振变换器增益范围窄的问题,本文改进了副边整流网络的拓扑结构,提出了一种四段式变模态控制策略。该控制策略结合三电平变占空比(TL-PWM)、三电平移相(TL-PSM)、倍频变占空比(DF-PWM)和倍频变频(DF-PFM)四种模态,拓宽了变换器的增益范围,并且所有模态下开关管均具有良好的软开关特性。文中详细分析了各个模态的工作原理,通过简化的时域分析,获得较为准确的增益表达式。此外,讨论了四种模态的组合与切换过程,并通过软件仿真对理论分析进行了验证。针对TL-PWM和TL-PSM模态电容电压不平衡的问题,提出了一种基于冗余工作模式切换的电容电压控制策略。该控制策略具有两种工作模式,这两种模式对电容电压的作用相反。根据电容电压的偏移状态,选择合适的工作模式,从而实现对电容电压的控制。文中详细分析了电容电压偏移的原因,研究了两种模式的工作原理及其切换方法。此外,根据中点电流和电容电压的关系,阐述了DFPWM和DF-PFM模态电容电压自动平衡的机理。完成了主电路参数计算、硬件设计以及DSP控制软件编程,搭建了一台输入电压110V～440V,输出电压400V,额定功率1000W的实验样机。实验结果表明:四段式变模态控制策略在保证效率的同时具有较宽的增益范围,基于冗余工作模式切换的电容电压控制策略具有良好的均压效果。