基于突发模式的混合控制移相全桥变换器研究

作     者：吴斌 

作者单位：西南交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：何圣仲

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：新能源 电动汽车 移相全桥变换器 软开关 混合控制 轨迹跟踪 

摘      要：在化石能源日益紧缺与环境问题越来越严峻的双重压力下,新能源产业的发展也越来越受到重视。其中,风电、光伏和电动汽车的发展又是重中之重。电动汽车走进我们的生活,开始逐渐取代传统的燃油汽车。但相比于传统燃油车,目前的电动汽车还是存在一些明显的不足。目前,充电速度和电池续航是阻碍新能源汽车发展的主要因素。移相全桥变换器由于其控制简单、电压应力小而在低压大电流、大功率场合获得了广泛的应用。此外,移相全桥变换器由于可以实现软开关,还具备开关损耗低、效率高、电磁干扰小等优点。但由于轻载条件下的软开关很难实现,导致其轻载效率相对于LLC变换器等其他软开关变换器来说相对较低。相比于其他应用场合,作为电动汽车充电器和车内用电设备及电机驱动供电装置的DC-DC变换器工作于轻载条件下的时间会比较长。针对移相全桥变换器轻载效率低的问题,目前的研究大多是通过改变拓扑结构或增加辅助电路来实现其轻载条件下的软开关。但额外的辅助电路反而会造成效率的降低。因此,研究如何通过对原有的常用控制方式进行改进或将多种控制方式进行组合来增大其软开关范围、提升其轻载效率是十分必要的。首先,本文以应用于电动汽车充电桩、供电装置的移相全桥变换器为研究对象,研究其工作原理及工作模态。通过对传统移相全桥变换器工作模态和软开关实现原理的分析,得出限制其软开关范围的因素,并在此基础上结合电压型控制、突发(Burst)模式控制的原理、特性及对拓扑工作过程中电压、电流的影响,在移相全桥拓扑上采用电压型控制与Burst模式控制相结合的混合控制方式,增大轻载软开关范围。然后对电压型混合控制进行理论分析、仿真分析与实验验证。针对电压型混合控制方式的不足,详细分析峰值电流控制与Burst模式控制的原理与特性,得到一种峰值电流型混合控制方式。在负载较大时采用峰值电流控制,轻载时采用混合控制。通过移相占空比控制原边谐振电感电流大于实现软开关的临界值,通过Burst占空比调节输出电压,通过混合控制方式实现轻载条件下的软开关。进一步通过理论分析与实验测试获取变换器的效率曲线,在相同输入电压下,通过混合控制方式,在轻载时追踪效率较高点的运行状态,使全负载条件下的效率得以提升。最后,基于理论分析和仿真结果,制作了一台240W实验样机。详细叙述了实验样机参数设计、软件设计和硬件设计过程,进行了效率分析。最后给出了相同输入电压、不同负载电流和控制方式下的实验结果。理论分析、仿真结果和实验结果有很好的一致性。