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中国电机工程学报 2025年第2期45卷 714-724,I0026页

作者：刘博睿李磊张善路焦龙腾汪诚南京理工大学自动化学院江苏省南京市210094

为提升CLLC谐振变换器的动态性能,该文提出一种基于状态轨迹模型的CLLC谐振变换器控制方法。该方法以CLLC谐振变换器的时域模型为基础,通过消除谐振腔能量的高频分量,建立CLLC谐振变换器各工作模式的状态轨迹模型。在此基础上,通过合理... 详细信息

为提升CLLC谐振变换器的动态性能,该文提出一种基于状态轨迹模型的CLLC谐振变换器控制方法。该方法以CLLC谐振变换器的时域模型为基础,通过消除谐振腔能量的高频分量,建立CLLC谐振变换器各工作模式的状态轨迹模型。在此基础上,通过合理化简时域方程,利用状态轨迹中的几何关系,详细推导谐振腔能量之间的关系,提出CLLC谐振变换器轨迹控制策略。该策略通过暂态过程负载电流变化量控制开关管栅极驱动信号的脉冲宽度,使变换器中各状态变量能够快速跟踪理论轨迹,保证CLLC谐振变换器负载切换后在最短时间内重新到达稳态。最后,搭建1台300 W的实验样机对所提控制策略进行验证。实验结果证明,与传统线性控制相比,所提控制策略明显改善CLLC谐振变换器的动态性能。

关键词： CLLC谐振变换器状态轨迹模型轨迹控制策略谐振腔能量动态性能

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宽范围输入LLC谐振变换器及其应用

宽范围输入LLC谐振变换器及其应用

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作者：范先焱西南交通大学

学位级别：硕士

近年来,开关电源不断向高效率、高功率密度的方向发展。提高功率密度的有效措施是提高变换器的开关频率,随着开关频率的提高,磁性元件的体积不断减小。然而,开关频率的提高又会导致开关损耗的增加,不利于提高变换器的效率。LLC谐振变换... 详细信息

近年来,开关电源不断向高效率、高功率密度的方向发展。提高功率密度的有效措施是提高变换器的开关频率,随着开关频率的提高,磁性元件的体积不断减小。然而,开关频率的提高又会导致开关损耗的增加,不利于提高变换器的效率。LLC谐振变换器通过变频控制,能实现原边开关管的零电压导通（zero voltage switch,ZVS）,同时副边二极管也能实现零电流关断（zero current switch,ZCS）。LLC谐振变换器的所有开关管实现软开关能够减小开关损耗,提高变换器的效率,被国内外学者广泛关注。但是,传统变频控制LLC变换器的增益随频率的变化范围较窄,在宽范围输入电压的应用场合并不适用。因此,研究具有宽范围输入的LLC变换器具有重要意义。首先,详细分析了变频控制LLC变换器和移相控制LLC变换器的增益特性,研究了不同参数（品质因数Q和电感比λ）对变换器增益范围的影响。针对变频控制LLC变换器输入电压范围窄的问题,本文提出了三段式混合控制策略来拓宽LLC变换器的电压输入范围。根据输入电压范围的不同,变换器采用分段式的控制方式,实现了变换器的高效率、宽范围输入。分别推导了移相控制和变频-移相混合控制的电压增益特性,详细分析了变频控制和移相控制LLC变换器的增益变化规律,得到了三段式混合控制策略的模式切换点,并通过实验结果验证了理论分析的正确性。其次,针对传统变频控制LLC变换器输入电压范围窄的问题,本文提出将传统LLC变换器副边整流桥底部二极管换成开关管的改进型LLC变换器,以适应宽范围输入电压的特性。以该改进型LLC变换器为研究对象,详细分析了变换器的工作原理,并结合原边移相控制和副边移相控制的混合控制策略,运用状态轨迹模型分别推导了Boost模式和Buck模式下变换器的增益特性以及软开关特性。基于工程实际应用,给出了混合控制改进型LLC变换器的参数设计过程。根据研究结果可知:该改进型的LLC变换器能够实现较宽范围的电压输入,并且具有较高的效率。实验结果验证了理论分析的正确性。最后,根据光伏电池输出电压变化范围宽、直流母线电压较高的特性,本文研究了改进型LLC变换器作为光伏系统的中间级DC-DC变换器。该变换器将传统LLC变换器的谐振槽移至副边,并在副边采用倍压整流电路,将变频控制结合移相控制的混合控制策略应用到该变换器,使其适应光伏电池的宽范围输出电压特性。研究了实现光伏电池最大功率点跟踪（maximum power point tracking,MPPT）的控制算法。详细分析了MPPT算法实现的原理和变频-移相混合控制的改进型LLC变换器的工作特性,推导了变频控制、移相控制、混合控制改进型LLC变换器的增益特性以及输入阻抗。采用了基于动态阻抗匹配的MPPT控制策略以及数字实现方式,提高了光伏MPPT控制的速度与精度。实验结果验证了理论分析的正确性。

关键词： LLC谐振变换器变频控制移相控制状态轨迹模型混合控制最大功率点跟踪阻抗匹配

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