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超高频感应加热电源的新型谐振变换器研究

电力电子技术 2009年第2期43卷 55-57页

作者：周克冬沈锦飞邱正伟沈冬辉江南大学江苏无锡214122

提出一种基于移相控制的三阶超高频感应加热电源谐振变换器。该拓扑结构能够很好地吸收电路中的分布电感和寄生电容。移相控制使得开关器件工作于软开关模式,极大地降低了电源工作在超高频时的开关损耗。采用基波分析的方法设计电路,并... 详细信息

提出一种基于移相控制的三阶超高频感应加热电源谐振变换器。该拓扑结构能够很好地吸收电路中的分布电感和寄生电容。移相控制使得开关器件工作于软开关模式,极大地降低了电源工作在超高频时的开关损耗。采用基波分析的方法设计电路,并通过仿真和实验,验证了理论分析和电路设计的正确性。

关键词：变换器谐振电源感应加热/移相控制基波分析

基于STM32F103用于电池充电的LLC谐振变换器设计

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基于STM32F103用于电池充电的LLC谐振变换器设计

作者：季圣植合肥工业大学

学位级别：硕士

随着现代电力电子技术的快速发展,人类在各领域内对电源技术的要求越来越高,传统的硬开关电源缺陷突显,而LLC谐振变换器具有较多的优点,如结构简单和变换效率高,故得到了国内外学者广泛的研究与关注。首先,本文结合实际工作时的电流通路... 详细信息

随着现代电力电子技术的快速发展,人类在各领域内对电源技术的要求越来越高,传统的硬开关电源缺陷突显,而LLC谐振变换器具有较多的优点,如结构简单和变换效率高,故得到了国内外学者广泛的研究与关注。首先,本文结合实际工作时的电流通路,介绍了LLC谐振变换器在各种工作频率下的工作状况。在此基础上,将一个开关周期分为不同的时段,并对谐振变换器的工作模式进行了详细的分析,分析了死区时间选取时应该满足的要求。随后,利用基波近似法对LLC谐振变换器的交流电路进行分析,得到最终等效电路,并求得对应的直流增益。通过绘制增益曲线,分析稳态时对直流增益影响的各个要素,对后续电感系数和品质因数的设计提供指导。基于电池充电器的参数要求,依照典型的参数设计流程,计算所用主变压器的变比,并根据直流增益曲线的特征,对电感系数进行计算与选取,确定本文谐振变换器工作的谐振频率,计算出品质因数与谐振腔各参数。随后对变压器进行设计,确定了变压器所用磁芯。为了验证设计出参数的可行性,给出了谐振变换器开环仿真以验证工作状态的正确性、额定负载以及负载加重时的恒流与恒压输出仿真。本文利用单片机STM32F103C8T6来完成电源的控制,给出了硬件电路部分的设计,包括半桥LLC谐振隔离驱动电路、功率板主电路、滤波电路、芯片及其外围电路、继电器和风机控制电路、电压电流及温度采样电路。基于STM32F103的芯片特性和本文的充电应用场景,设计了相应的主程序流程和数字控制流程,除了数字PI算法以外,还采用了一种基于脉冲频率调制的数字滞环控制,它在参数设计上更加简单,具有一定的工程意义。最后,在实验室制作了一台360W的样机,完成了样机的各项功能测试。根据制定的电池充电流程,运行出了完整的铅酸蓄电池充电曲线。同时给出了不同数字控制策略下LLC谐振变换器的稳态与动态实验波形对比,验证了数字滞环控制策略的优异性。

关键词： LLC谐振变换器基波分析数字控制滞环控制

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LLC谐振变换器及其并联技术研究

LLC谐振变换器及其并联技术研究

作者：游凯北京交通大学

学位级别：硕士

随着高频电力电子技术的快速发展,高效率和高功率密度是开关电源的主要发展方向。LLC谐振变换器的研究成果逐渐成熟,输出电流纹波和器件应力等因素限制了LLC谐振变换器功率的提高,模块化并联成了LLC谐振变换器扩展功率的一种手段,如何... 详细信息

随着高频电力电子技术的快速发展,高效率和高功率密度是开关电源的主要发展方向。LLC谐振变换器的研究成果逐渐成熟,输出电流纹波和器件应力等因素限制了LLC谐振变换器功率的提高,模块化并联成了LLC谐振变换器扩展功率的一种手段,如何解决并联模块之间的均流问题则成为了充分发挥并联优势的重要保障。首先,对LLC谐振变换器的工作原理进行分析,基于基波分析法对LLC谐振变换器建立其等效电路模型,推导出归一化电压增益表达式,绘制出电压增益曲线并在此基础上对比不同参数对电压增益的影响,分析了LLC谐振变换器原边开关管实现零电压开通的条件以及副边整流管寄生电容和变压器漏感对LLC谐振变换器工作特性和电压增益的影响。其次,通过分析并联LLC谐振变换器的谐振参数误差及其组合对并联系统不均衡度影响程度的大小,引出几种常见的并联均流策略并对比其优缺点,对下垂控制策略进行详细介绍;通过仿真验证不同谐振参数误差下不均流情况以及基于下垂控制策略的均流效果,分析了下垂系数和不均衡度之间的矛盾关系,为之后的下垂系数选择提供依据。再次,对基于控制芯片的LLC谐振变换器进行设计,完成了对开关管、谐振电容以及变压器的设计和选型,并对LLC谐振变换器损耗进行分析;介绍了主控芯片的控制原理和基本功能,利用电流内环控制以提高LLC谐振变换器的动态响应,采用同步整流控制以减小副边整流管损耗,基于下垂控制策略设计了并联下垂控制的硬件电路。最后,对单模块LLC谐振变换器和两模块LLC谐振变换器并联系统分别进行了实验验证,对两模块并联LLC谐振变换器的稳态和动态进行了相关的实验以及两模块LLC谐振变换器并联系统模块投入和切出对并联系统的动态影响,通过实验验证了下垂均流控制策略的可行性和有效性。

关键词： LLC谐振变换器基波分析软开关并联均流

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半桥LLC谐振变换器的研究

半桥LLC谐振变换器的研究

作者：李杰北京交通大学

学位级别：硕士

随着电源技术的发展,在中小功率场合,人们对电源的体积、重量、效率以及功率密度等提出了越来越高的要求,而高频变换技术是实现这些目标的有效途径。但随着工作频率的提高,传统开关电源技术存在效率低、开关损耗大、开关应力高、EMI噪... 详细信息

随着电源技术的发展,在中小功率场合,人们对电源的体积、重量、效率以及功率密度等提出了越来越高的要求,而高频变换技术是实现这些目标的有效途径。但随着工作频率的提高,传统开关电源技术存在效率低、开关损耗大、开关应力高、EMI噪声大等问题,阻碍开关电源的小型化和轻量化。谐振变换器由于易实现软开关成为目前研究的热点,本文对常用谐振变换器拓扑进行梳理总结,分析了各种谐振变换器的优缺点及应用场合。其中LLC谐振变换器具有在全负载范围内软开关特性,副边整流管没有反向恢复,输入电压范围宽,易实现磁集成等其它谐振变换器无法比拟的优势得到了广泛应用。结合中小功率开关电源高功率密度高效率的要求以及宽范围输入电压、宽负载变化的应用场合需求,LLC谐振变换器具有较高的研究价值。本文首先介绍了双谐振电容型半桥LLC谐振变换器拓扑结构,详尽地分析了变换器在不同频率区间的具体工作过程,重点阐述了两个分立谐振电容的充放电过程。为进一步分析计算,利用基波分析法建立变换器等效稳态模型,在此基础上推导出归一化电压增益表达式,绘制增益曲线图,分析了变换器不同元件参数变化分别对归一化电压增益的影响,得出变换器电感比相较于品质因数对变换器增益影响程度更大的分析结果,为变换器的参数设计提供了依据。其次,对变换器的基本控制策略进行研究,分析变频调压技术的可行性,并以仿真验证。为进一步提高变换器效率,采用同步整流技术,分析了常用同步整流驱动电路的拓扑结构,结合低压大电流的应用场合,最终选取脉冲变压器推挽驱动电路,减少了变换器副边驱动电源的设计,利于变换器高功率密度的实现。最后,结合上述理论分析及课题的具体要求设计了一台实验原理样机。给出了主电路参数设计流程,对基本硬件电路的设计及调试过程进行了详细的阐述。原理样机的实验结果证实了理论设计的正确性。

关键词： LLC变换器谐振基波分析同步整流变频控制

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半桥LLC谐振DC/DC变换器的研究

半桥LLC谐振DC/DC变换器的研究

作者：童辉南京理工大学

学位级别：硕士

随着科学技术的日益进步和人类生活水平的不断提高,汽车工业得到了快速的发展,汽车控制的电子化、数字化、智能化程度越来越高,空调、音箱等车载电子设备越来越丰富,与其相对应的车载电源系统的要求也越来越高,尤其是电动汽车要求车载... 详细信息

随着科学技术的日益进步和人类生活水平的不断提高,汽车工业得到了快速的发展,汽车控制的电子化、数字化、智能化程度越来越高,空调、音箱等车载电子设备越来越丰富,与其相对应的车载电源系统的要求也越来越高,尤其是电动汽车要求车载直流电源系统的容量越来越大、性能要求也越来越高。现代汽车的电气负载主要是12V低压直流电。相对于汽油发电机汽车,电动汽车上一般配有DC/DC变换器,将高压动力电池组（一般为280V-360V）转换成低电压12V给车载弱电系统供电,由于车载DC/DC变换器的特殊应用环境,要求其具有小体积、大功率、高效率、高抗震的特点。传统的PWM DC/DC变换器在开关管的开通和关断过程中产生大量的损耗,属于硬开关,转换效率低。为了实现电动汽车DC/DC变换器的高效率,必须实现开关器件的软开关。LLC谐振软开关技术能够实现变换器宽输入和全负载范围内原边开关管的零电压开通,副边整流二极管容易实现零电流关断,开关损耗小,转换效率高,适用于电动汽车用DC/DC变换器。本文对半桥LLC谐振变换器技术进行了详细的研究,并将其应用到电动汽车用DC/DC变换器的研制中。本文详细介绍了各种传统的谐振变换器,介绍了半桥LLC谐振变换器的工作过程,并基于FHA（基波分析法）对半桥LLC谐振变换器进行稳态建模,完成主电路的参数设计,进行了仿真验证。为了实现DC/DC变换器与电动汽车控制单元之间的信息传递。采用DSP作为控制单元,设计了并基于TMS320F28033的半桥LLC谐振变换器的控制电路,给出了DSP实现增量式数字PID控制的算法与系统的软件结构。最后搭建变换器实验平台,对实验波形和数据进行分析,证明了理论分析的正确性和设计方法的合理性。

关键词： DC/DC变换器半桥LLC谐振变换器基波分析数字控制磁集成

容性移相控制介质阻挡放电臭氧发生器逆变电源的研究

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容性移相控制介质阻挡放电臭氧发生器逆变电源的研究

作者：赵言涛湖南大学

学位级别：硕士

本文在广泛阅读了国内外介质阻挡放电(DBD)基础理论与方法的基础上,以介质阻挡放电型臭氧发生器容性移相PWM控制串联谐振负载式全桥逆变电路为研究对象,用时域分析法和基波分析法对等效电路进行了深入研究,并设计了一套基于ARM的控制系... 详细信息

本文在广泛阅读了国内外介质阻挡放电(DBD)基础理论与方法的基础上,以介质阻挡放电型臭氧发生器容性移相PWM控制串联谐振负载式全桥逆变电路为研究对象,用时域分析法和基波分析法对等效电路进行了深入研究,并设计了一套基于ARM的控制系统方案。文中主要完成以下几个方面的工作:1.通过对介质阻挡放电的串联谐振逆变电源及其调功方式的分析,并结合负载电流频率跟踪技术,将容性移相脉冲宽度调制全桥逆变串联谐振电路应用于DBD型臭氧发生器的供电电源。2.通过对发生器工作过程的分析,建立了容性移相脉冲宽度调制的串联负载谐振式DBD臭氧发生器全桥逆变电源的时域分析法,它是计算设计DBD电源控制系统调节特性有力的工具。从调节特性可以得出通过脉冲宽度调制(即调节移相角θ)可控制电源功率的结论,这是设计其控制系统的理论依据。3.把正弦电流源供电的介质阻挡放电电路的基波等效电路应用到容性移相脉冲宽度调制的臭氧逆变电源的分析中,同样得到了介质阻挡放电电路的调节特性;用基波分析法设计了一套臭氧发生器供电电源,并给出了设计流程。与时域法比较,虽然基波法的误差稍大,但它具有简单和使用方便的优点,是最有潜在应用价值的一种工程设计方法。4.建立了容性移相脉冲宽度调制全桥逆变串联谐振电路臭氧发生器电源的MATLAB仿真模型。对电源逆变桥的容性移相触发信号、移相调节特性(介质阻挡放电电路中主要电气量与移相角θ的关系曲线)、逆变桥输出电压和电流的关系、发生器工作过程波形等进行了大量的仿真分析。仿真结果证明了本文给出的方法的正确性(时域法误差小于2%,基波法误差小于8%)。5.设计了一套基于ARM微处理器LPC2119的臭氧发生器数字化电源控制系统,实现了数字化和网络化控制。通过对电流的频率跟踪,结合发生器端电压的PID闭环控制,实现了容性移相PWM控制策略和功率调节。

关键词：介质阻挡放电臭氧发生器串联谐振式逆变器时域分析基波分析

基于SiC器件的V2G用双向功率变换器研究

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基于SiC器件的V2G用双向功率变换器研究

作者：谢祥晨河北科技大学

学位级别：硕士

近年来随着电动汽车数量的增加,电动汽车与电网之间无序的能量交换成为亟需解决的问题。V2G（Vehicle-to-Grid）技术可以实现电动汽车与电网之间能量双向流动,因此V2G技术成为了解决无序充电问题的关键。双向LLC（L表示电感,C表示电容... 详细信息

近年来随着电动汽车数量的增加,电动汽车与电网之间无序的能量交换成为亟需解决的问题。V2G（Vehicle-to-Grid）技术可以实现电动汽车与电网之间能量双向流动,因此V2G技术成为了解决无序充电问题的关键。双向LLC（L表示电感,C表示电容）谐振变换器是实现V2G技术的核心部件之一,为了进一步提升双向LLC谐振变换器的效率,本文研究了基于Si C器件的星型三相CLLLC谐振变换器拓扑及控制策略,研究内容如下:首先,详细分析了星型三相CLLLC谐振变换器的工作原理。采用基波分析法建立了星型三相CLLLC谐振变换器的数学模型,推导出星型三相CLLLC谐振变换器的电压增益特性及输入阻抗。基于基波分析法的相关结论,分析了电感比例系数K与品质因数Q对于电压增益的影响,给出了K值和Q值的参考值,同时给出了主电路参数设计方法。此外,对于星型三相CLLLC谐振变换器的软开关运行区域进行了分析,给出了软开关的限制条件。完成了开关器件的选型以及主电路的参数设计。其次,基于电压闭环控制,设计了星型三相CLLLC谐振变换器的双向运行控制策略。该控制策略包含了变频调制方法、能量流向切换控制、数字同步整流控制三部分。变频调制策略通过改变开关频率的方式来改变输出电压;能量切换控制采用间歇切换方法,解决了能量流向切换问题,实现了变换器能量流向平稳切换;数字同步整流控制策略通过检测二极管是否导通来调控整流侧的驱动时序,解决了变换器整流侧的控制时序与逆变电路控制时序有偏差的问题。最后,采用仿真和试验的方式,对所设计的变换器和控制策略进行了验证。利用Simulink以及PSIM建立星型三相CLLLC谐振变换器的仿真模型。仿真结果显示,输出电压可以根据需要精确调节,数字同步整流技术能够实现同步整流,能量流向切换策略能够顺利完成能量流向的切换,证实了双向运行控制策略的有效性。在仿真结果的基础上,搭建3k W的试验样机一台。样机由星型三相CLLLC主电路、采样电路、驱动电路、FPGA控制电路四部分组成。对样机性能测试,结果表明,变换器在不同频率区间的谐振电流波形及软开关波形符合理论分析。变换器正向传输功率达到了3k W,最大传输效率达到了97.6%,变换器反向传输功率达到了2.5k W,传输效率达到了96.8%。

关键词： CLLLC 变频控制交错并联同步整流基波分析

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LCC谐振DC/DC变换器控制策略研究

LCC谐振DC/DC变换器控制策略研究

作者：朱朱东南大学

学位级别：硕士

LCC谐振变换器具有软开关特性,其电压调节性能良好,广泛应用于高压直流电源、分布式直流电源、电力电子变压器、电动汽车快速充电以及电网中的大容量储能系统等领域。谐振变换器的软开关状态受控制模式影响,实际应用中谐振变换器需要在... 详细信息

LCC谐振变换器具有软开关特性,其电压调节性能良好,广泛应用于高压直流电源、分布式直流电源、电力电子变压器、电动汽车快速充电以及电网中的大容量储能系统等领域。谐振变换器的软开关状态受控制模式影响,实际应用中谐振变换器需要在输入电压或者负载产生变化的情况下维持开关器件的软开关状态。传统定频控制模式只能在工作条件变化较小的情况下维持软开关。本文研究一种应用于LCC谐振DC/DC变换器的定频不对称控制模式,可以扩大软开关的实现范围,提高工作条件变化时的效率。首先,为了研究不对称控制对软开关的影响,本文采用基波分析法建立了电流连续模式下LCC谐振DC/DC变换器的稳态模型,分析了电压增益、输入阻抗等电路特性。在稳态分析的基础上,将不对称控制模式下逆变桥的输出电压进行傅立叶分解,得到开关管的零电压开通条件。以实现零电压开通为目标,通过绘图分析得到最优的不对称控制模式。经研究发现,标幺化输出功率在0-0.25之间时,采用单边不对称电压控制效果最优;标幺化功率输出在0.25-1之间时,采用不对称电压控制效果最优。其次,本文研究了不对称控制模式下开关管并联电容对谐振变换器的影响。开关管并联电容可以减少关断损耗,但是同时也减小了零电压开通的范围。本文具体分析了不同品质因数和谐振电容比下开关管并联电容对零电压开通范围和关断损耗影响,给出了关断损耗的计算公式。此外还分析了不同控制模式下开关管和反并联二极管的通态损耗,给出了损耗的通用计算公式。最后,通过matlab仿真验证了不对称电压控制具有更大的零电压开通范围,在输出较低功率时有更高的效率。设计了基于DSP+FPGA的LCC谐振DC/DC变换器实验平台,通过对比实验验证了不对称电压控制具有更大的零电压开通范围。

关键词： LCC谐振变换器基波分析不对称控制零电压开通损耗分析

连续模式下LCC-SPRC在高频电除尘电源中的应用研究

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连续模式下LCC-SPRC在高频电除尘电源中的应用研究

作者：丁宏浙江大学

学位级别：硕士

高频电除尘电源具有体积小、效率高以及除尘效率高等优点,在工业除尘领域成为广泛研究的热点。常用的高频电除尘电源工作在电流断续模式,开关管在整个工作过程中实现软开关,开关损耗小,但由于电路谐振电流峰值大,导通损耗大,不利于除尘... 详细信息

高频电除尘电源具有体积小、效率高以及除尘效率高等优点,在工业除尘领域成为广泛研究的热点。常用的高频电除尘电源工作在电流断续模式,开关管在整个工作过程中实现软开关,开关损耗小,但由于电路谐振电流峰值大,导通损耗大,不利于除尘电源进行扩容。电流连续模式的变换器能解决电流峰值过大的问题。本文将详细阐述连续模式的高频电除尘电源的工作特性及控制系统。首先,介绍了电流连续模式的LCC谐振变换器采用移相调频时的三种模态的电路特性以及各自的优缺点。电路采用一种优化控制模式,同时对电路的工作过程进行详细地分析。在基波分析得到的数学等效模型的基础上,求得优化控制下电路输出电压表达式,以此来进行主电路参数的设计,并求得电路在不同输出电压下的电路特性,将其与电流断续模式电路的特性进行比较。其次,利用锁相的方法实现优化控制方式,文章先介绍了锁相环的工作原理,针对模拟锁相环存在的缺点,提出一种基于DSP的ECAP模块的数字锁相方法,控制系统简单可靠,并利用实验来验证数字锁相控制系统的可行性。然后,对电除尘模拟系统的闪络控制展开分析。输出电压的闭环反馈控制是闪络控制的基础,电路采用增量式PI的控制算法实现;通过对输出电压、电流信号进行检测来判断闪络;分段式控制算法实现输出电压跟踪介质恢复曲线以及闪络率的控制。最后总结了本文的内容并对今后的工作进行展望。

关键词：静电除尘优化控制基波分析数字锁相闪络