發(fā)布時(shí)間：2017-11-01 12:33

  本文關(guān)鍵詞：LLC諧振變換器的時(shí)域分析模型及其限流控制策略

  更多相關(guān)文章： LLC諧振變換器 限流控制 大信號(hào)建模 狀態(tài)平面分析 無電流采樣 諧振電流

【摘要】：高效率高功率密度DC-DC變換器是電動(dòng)汽車充電機(jī)、光伏系統(tǒng)直流變換器、數(shù)據(jù)中心直流供電系統(tǒng)等電能變換裝置中的重要組成部分。LLC諧振變換拓?fù)淇蓪?shí)現(xiàn)在高開關(guān)頻率下全負(fù)載范圍內(nèi)原邊開關(guān)管的零電壓開通、副邊整流管的零電流關(guān)斷,因而是隔離型DC-DC變換器的理想拓?fù)�。但LLC電路的多諧振和非線性特性,增加了電路精確建模和特性分析的難度,也給電路的運(yùn)行控制和性能優(yōu)化帶來不小的挑戰(zhàn)。在電路啟動(dòng)和突加負(fù)載的沖擊負(fù)荷工況、輸出過載和短路工況下,LLC電路均存在原邊諧振回路電流過沖的問題,可能導(dǎo)致開關(guān)器件損壞或誤觸發(fā)原邊過流保護(hù)。常用的開環(huán)調(diào)頻或調(diào)占空比限流策略,諧振電流波形控制效果較差,在過載工況下輸出電壓和諧振電流波動(dòng)較大,且缺乏簡便的限流參數(shù)設(shè)計(jì)方法。閉環(huán)限流策略可以實(shí)現(xiàn)靈活的限流特性,但需要增加諧振電流或輸出電流采樣,成本較高。本文主要針對LLC電路的動(dòng)態(tài)過程的建模分析、開環(huán)和閉環(huán)限流控制技術(shù)進(jìn)行研究。首先,文章分析了LLC電路的基本工作模態(tài)和不同開關(guān)頻率、負(fù)載條件下的工作模式,并推導(dǎo)了不同工作模態(tài)的狀態(tài)方程描述和不同工作模式的狀態(tài)平面軌跡特性�；跔顟B(tài)平面分析方法,文章提出了電路動(dòng)態(tài)過程中的工作模態(tài)過渡判據(jù),并求解了不同工作模式下的各個(gè)模態(tài)持續(xù)時(shí)間,推導(dǎo)了半個(gè)開關(guān)周期內(nèi)的輸出電壓增量和諧振電流峰值等狀態(tài)量表達(dá)式,最終利用模態(tài)的迭代運(yùn)算建立了LLC電路的時(shí)域分析模型。該時(shí)域模型相比于電路仿真可節(jié)省大量時(shí)間,同時(shí)又能保證足夠的計(jì)算精度,可用于分析LLC電路軟啟動(dòng)、突加負(fù)載等工況下的關(guān)鍵電路狀態(tài)量的動(dòng)態(tài)變化過程。針對LLC電路開環(huán)限流方法中的起始頻率和調(diào)頻時(shí)間常數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)的問題,文章分析了電路啟動(dòng)時(shí)刻的諧振電流過沖值和收斂值與起始開關(guān)頻率的關(guān)系,配合初始驅(qū)動(dòng)脈沖寬度優(yōu)化方法,使得啟動(dòng)時(shí)刻的諧振電流快速無過沖地進(jìn)入收斂狀態(tài),降低了起始開關(guān)頻率的要求。對于諧振電流限流值設(shè)置較低的情況,采用分裂諧振電容結(jié)構(gòu)的LLC電路拓?fù)?減少了初始過渡脈沖個(gè)數(shù)和脈寬的設(shè)計(jì)難度。基于LLC電路的時(shí)域分析模型,文章計(jì)算出了開環(huán)限流軟啟動(dòng)過程中的諧振電流最大值,結(jié)合迭代優(yōu)化算法,獲得了最優(yōu)的調(diào)頻時(shí)間常數(shù)參數(shù),可滿足諧振電流限流值要求,同時(shí)保證輸出電壓響應(yīng)盡可能快。針對LLC電路閉環(huán)限流方法需要額外的電流采樣的問題,文章分析了考慮勵(lì)磁電流影響下的諧振電流峰值、輸出電壓和開關(guān)頻率三者之間的關(guān)系式,進(jìn)而提出了基于輸出電壓實(shí)時(shí)限制開關(guān)頻率的無電流采樣的閉環(huán)限流控制策略,使得在軟啟動(dòng)、突加負(fù)載過程以及過載工況下的諧振電流峰值均被控制在恒定限流值處,實(shí)現(xiàn)了最優(yōu)的諧振電流應(yīng)力控制。文章給出了限流參數(shù)的設(shè)計(jì)原則,并分析了過載限流工況下的輸出電壓的上限值和限流啟動(dòng)過程的輸出電壓的建立時(shí)間。
【關(guān)鍵詞】：LLC諧振變換器 限流控制 大信號(hào)建模 狀態(tài)平面分析 無電流采樣 諧振電流
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TM46
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 1 緒論11-18
• 1.1 選題背景和研究意義11
• 1.2 LLC電路分析模型研究現(xiàn)狀及存在的問題11-13
• 1.3 LLC電路限流技術(shù)研究現(xiàn)狀及存在的問題13-16
• 1.4 本文研究內(nèi)容16-18
• 2 基于模態(tài)迭代的LLC電路時(shí)域模型18-33
• 2.1 LLC電路的工作模式分析18-21
• 2.2 LLC電路的狀態(tài)軌跡分析21-24
• 2.3 LLC電路的時(shí)域分析模型24-31
• 2.4 仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果31-32
• 2.5 本章小結(jié)32-33
• 3 基于時(shí)域模型的LLC電路開環(huán)限流參數(shù)優(yōu)化33-51
• 3.1 引言33-34
• 3.2 調(diào)頻限流軟啟動(dòng)方法的起始工作頻率優(yōu)化34-42
• 3.3 調(diào)頻限流軟啟動(dòng)方法的頻率時(shí)間常數(shù)優(yōu)化42-46
• 3.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析46-50
• 3.5 本章小結(jié)50-51
• 4 無電流采樣的LLC電路閉環(huán)限流控制策略51-67
• 4.1 引言51
• 4.2 諧振電流最大值與輸出電壓及開關(guān)頻率關(guān)系51-55
• 4.3 諧振電流恒流限流控制策略55-64
• 4.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析64-66
• 4.5 本章小結(jié)66-67
• 5 全文總結(jié)和展望67-69
• 5.1 全文總結(jié)67-68
• 5.2 未來研究展望68-69
• 致謝69-70
• 參考文獻(xiàn)70-76
• 附錄1 攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文目錄76

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