LLC諧振變換器能實(shí)現(xiàn)全負(fù)載范圍內(nèi)開(kāi)關(guān)管的零電壓開(kāi)通(ZVS,Zero Voltage Switching)和大部分情況下副邊整流二極管的零電流關(guān)斷,相比其他開(kāi)關(guān)電源,其輸入輸出電壓調(diào)節(jié)范圍較寬,且具有高效率、低噪聲、高功率密度等諸多優(yōu)點(diǎn)。與傳統(tǒng)Si基功率器件相比,SiC功率器件具有更加優(yōu)良的特性,更加適用于高頻高壓大功率場(chǎng)合。本文針對(duì)單相LLC諧振變換器在大電流大功率輸出應(yīng)用時(shí)的不足,采用三相交錯(cuò)并聯(lián)的LLC諧振變換器拓?fù)洳⑵渑cSiC功率器件相結(jié)合,解決了單相拓?fù)渲休敵鲭娏骷y波大、功率密度提升困難的問(wèn)題。本文的主要內(nèi)容包括:(1)分析比較了多種單相與多相LLC諧振變換器拓?fù)涞男阅?得出三相交錯(cuò)并聯(lián)結(jié)構(gòu)的拓?fù)浔容^適合大電流大功率輸出的應(yīng)用場(chǎng)合。根據(jù)諧振網(wǎng)絡(luò)輸入電壓的關(guān)系,將三相交錯(cuò)拓?fù)浜?jiǎn)化為單相全橋拓?fù)浞治觥?yīng)用基頻分量法對(duì)全橋LLC拓?fù)溥M(jìn)行穩(wěn)態(tài)建模,在此基礎(chǔ)上推導(dǎo)出諧振變換器的增益表達(dá)式。(2)根據(jù)諧振網(wǎng)絡(luò)輸入阻抗的特征,劃分了工作區(qū)域,詳細(xì)分析了全橋和三相交錯(cuò)諧振變換器在不同工作區(qū)域時(shí)的工作過(guò)程。分析了諧振參數(shù)對(duì)電路性能的影響和電路實(shí)現(xiàn)ZVS軟開(kāi)關(guān)的約束條件,給出了LLC諧振變換器參數(shù)設(shè)計(jì)的整個(gè)過(guò)程。(3)分析了變頻調(diào)壓的原理,給出了閉環(huán)控制的框圖,給出了閉環(huán)控制調(diào)節(jié)輸出電壓的仿真波形和不同輸出電壓時(shí)的開(kāi)關(guān)管電壓、副邊二極管電流等波形,驗(yàn)證了不同輸出電壓所在區(qū)域的變換器工作特點(diǎn)。比較了本文選用的拓?fù)渑c三相Y型連接接地拓?fù)湓诓黄胶庀碌谋憩F(xiàn),分析了三相交錯(cuò)并聯(lián)拓?fù)湓谌嗖痪鈺r(shí)的控制策略并給出了對(duì)應(yīng)的仿真波形。(4)根據(jù)變換器設(shè)計(jì)指標(biāo),完成了主電路的參數(shù)設(shè)計(jì)和器件選型。設(shè)計(jì)了控制電路,給出了控制系統(tǒng)的框圖。針對(duì)SiC MOSFET應(yīng)用時(shí)常見(jiàn)的誤導(dǎo)通及串?dāng)_等問(wèn)題,設(shè)計(jì)了可靠的驅(qū)動(dòng)電路。對(duì)變換器的損耗進(jìn)行了分析,計(jì)算了電路各部分的功耗,并給出了損耗的分布圖。測(cè)試了SiC MOSFET的驅(qū)動(dòng)電路,驗(yàn)證了驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)的合理性。對(duì)三相諧振變換器在不同工作區(qū)域的工作波形進(jìn)行了分析,驗(yàn)證了理論分析與仿真的正確性。測(cè)試了變換器在不同工作區(qū)域、不同負(fù)載情況下的效率,驗(yàn)證了損耗分析的正確性。
【學(xué)位單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TM46
【部分圖文】：

的應(yīng)用越來(lái)越多，ＳｉＣ功率器件在電力電子變壓器、高壓直流輸電和柔性輸電等應(yīng)??用場(chǎng)合有很大的應(yīng)用潛力。??電力電子變壓器（Ｐｏｗｅｒ?Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ?Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ，?ＰＥＴ）的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖１－１所??示，其用高頻變壓器和電力電子變換器代替了傳統(tǒng)工頻變壓器，經(jīng)過(guò)交－直－交兩次??變換，來(lái)實(shí)現(xiàn)高低壓變換和電能控制，提高功率密度的同時(shí)，還兼具頻率變換、??無(wú)功補(bǔ)償和自動(dòng)限流等諸多功能［１８］。然而，輸電網(wǎng)高壓側(cè)的電壓等級(jí)很高，單級(jí)??拓?fù)鋾r(shí)使用Ｓｉ功率器件耐壓很難滿足要求，目前ＰＥＴ主要通過(guò)多個(gè)Ｓｉ功率器件??串聯(lián)或者Ｈ橋電路拓?fù)浯?lián)等方式來(lái)滿足耐壓要求，結(jié)構(gòu)很復(fù)雜且控制難度較大。??５??

者陸續(xù)對(duì)其工作原理、參數(shù)設(shè)計(jì)、拓?fù)渥冃巍⒖刂齐娐吩O(shè)計(jì)等做了大量分析和研??究。??如圖１－２所示為半橋不對(duì)稱ＬＬＣ諧振變換器的電路拓?fù)洌撾娐匪闷骷伲??且能夠通過(guò)良好設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)全負(fù)載范圍內(nèi)原邊ＭＯＳ管的ＺＶＳ開(kāi)通。當(dāng)系統(tǒng)開(kāi)關(guān)頻??率低于諧振頻率時(shí)，還可實(shí)現(xiàn)副邊整流管的零電流關(guān)斷，因此非常適合于高效率、??高功率密度模塊化電源［２？６］。??＇＾３?，?ｄ??Ｕｉｎ?—ｒ??齡?１??Ｈ??１?ｙ?＋????Ｃ＇｜————Ｉ?Ｉ￣￣Ｓ—??圖１－２半橋ＬＬＣ諧振變換器拓?fù)??Ｆｉｇ．?１－２?Ｔｈｅ?ｔｏｐｏｌｏｇｙ?ｏｆ?ｈａｌｆ－ｂｒｉｄｇｅ?ＬＬＣ?ｒｅｓｏｎａｎｔ?ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ??該基本半橋電路也有一些明顯的缺點(diǎn)，首先半橋電路的輸出電流為饅頭波，??輸出電壓紋波較大，所以通常很難滿足電源模塊的低紋波要求，通常需要增加二??階濾波電路來(lái)濾掉高頻紋波，增加了體積，同時(shí)動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度變慢。此外，在寬??輸入或?qū)捿敵鲭妷簣?chǎng)合，變換器工作的頻率變化范圍較寬，參數(shù)設(shè)計(jì)很難優(yōu)化，??同時(shí)增加了無(wú)功環(huán)流，副邊二極管可能會(huì)失去ＺＶＳ的工作條件，降低了變換器的??效率。因此

Ｆｉｇ．?１－３?Ｈａｌｆ－ｂｒｉｄｇｅ?ｄｏｕｂｌｅ?ＬＬＣ?ｒｅｓｏｎａｎｔ?ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ??在中大功率場(chǎng)合，可結(jié)合全橋結(jié)構(gòu)和ＬＬＣ拓?fù)鋬烧叩膬?yōu)良特性，提高變換效??率，同時(shí)也能減小輸入電流脈動(dòng)，其拓?fù)淙鐖D１－４所示。??５１?Ｄ，Ｃ，?Ｓ３Ｄ，Ｃ３??？?＃?Ｄ５??ｂ？＿ｒｉ＿Ｌ＿ｒ??５２?Ｄ：Ｃ２?Ｓ４?Ｄ４Ｃ４??圖１－４全橋ＬＬＣ諧振變換器拓?fù)??Ｆｉｇ．?１－４?Ｆｕｌｌ?ｂｒｉｄｇｅ?ＬＬＣ?ｒｅｓｏｎａｎｔ?ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ?ｔｏｐｏｌｏｇｙ??針對(duì)高輸入電壓的場(chǎng)合，為了降低開(kāi)關(guān)管的電壓應(yīng)力，有文獻(xiàn)提出一種基于??諧振開(kāi)關(guān)電容技術(shù)的自動(dòng)均壓ＬＬＣ諧振變流器［２Ｗ９］，如圖１－５所示。??＾ｊ＾Ｔｔ??￣／＊ｖｗｎ?，??、?Ｌｓ＆?Ｌｙｅ??ｕ４??—?Ｑ３３４???１?ｓ６?°２???５４Ｊ＾Ｔｔ??圖１－５自動(dòng)均壓ＬＬＣ諧振變流器??Ｆｉｇ．?１－５?Ａｕｔｏｍａｔｉｃ?Ｖｏｌｔａｇｅ－ｓｈａｒｉｎｇ?ＬＬＣ?Ｒｅｓｏｎａｎｔ?Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ??８??
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2849133