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双向宽范围混合桥式CLLC变换器研究

双向宽范围混合桥式CLLC变换器研究

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作者：韩宇祺东北电力大学

学位级别：硕士

随着我国能源电力系统向绿色低碳化转型,太阳能、风能等非化石能源在能源结构中的比重逐年增加,电动汽车和直流微电网作为新能源发展的重要组成部分得到了广泛的研究。其中,具有双向功率传输能力的隔离型DC-DC变换器在电动汽车和直流微... 详细信息

随着我国能源电力系统向绿色低碳化转型,太阳能、风能等非化石能源在能源结构中的比重逐年增加,电动汽车和直流微电网作为新能源发展的重要组成部分得到了广泛的研究。其中,具有双向功率传输能力的隔离型DC-DC变换器在电动汽车和直流微电网中起到承上启下的重要作用。现有的隔离型DC-DC变换器拓扑存在增益范围较窄,开关频率范围大等问题。如何实现具有低开关频率范围和宽电压范围的隔离型双向DC-DC变换器是需要解决的问题。本文从现有的CLLC谐振变换器出发,提高输入输出电压范围,降低开关频率范围,从功率平衡的角度出发改进了现有的CLLC谐振变换器拓扑、分析了电压增益特性,主要研究了一下内容:(1)提出了一种混合桥式CLLC谐振DC-DC变换器,采用增加线性桥臂的方式改变CLLC谐振变换器升压增益与电感比K值和频率相关联的问题,降低了现有CLLC变换器的开关频率范围,扩宽了电压增益范围。通过将升压增益与电感比K之间解耦,可增大励磁电感降低循环电流。通过对混合桥式CLLC谐振变换器工作原理的分析,得到了混合桥式CLLC变换器在升压运行模式和降压运行模式下的工作模态,从功率平衡的角度分析了升压运行模式下的系统增益,同时采用基波近似法求解了混合桥式CLLC变换器降压运行模式下的系统增益。根据对混合桥式CLLC变换器在两种工作模式的特性分析,结合开关管结构特性,得到各开关管软开关所需条件。(2)针对混合桥式CLLC变换器的降压运行模式在高励磁电感的情况下系统增益范围窄,调频范围过大的问题,本文通过调频移相控制进一步扩大混合桥式CLLC变换器降压运行增益范围,通过对采用移相控制的混合桥式CLLC变换器工作状态的分析,求得了其电压增益范围,同时分析了在移相控制下的混合桥式CLLC变换器软开关范围,为系统谐振参数和控制的设计提供了理论依据。最后,对混合桥式CLLC变换器进行了小信号建模,为之后进行系统控制稳定性分析建立了基础。(3)结合前文的理论分析,对实验样机谐振参数和主要功能电路进行设计,搭建了混合桥式CLLC变换器样机。根据实验结果显示,所提混合桥式CLLC变换器,在升压模式下具有较高的变换器增益范围和软开关特性,在降压应用场景下,混合桥式CLLC变换器通过移相调频控制进一步扩大了变换器增益范围。

关键词：混合桥式CLLC谐振变换器宽电压范围移相控制电压增益分析小信号建模系统设计

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