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半桥三电平LLC变换器研究

周晓杰  
【摘要】:相比于硬开关电路,软开关电路具有开关损耗小、电磁干扰低等优点,保证了系统的可靠性与效率。在所有的软开关电路拓扑中,LLC谐振变换器不需要添加任何辅助电路就能实现较宽的软开关范围,且功率密度高,是目前中大功率等级直流变换器中的主要拓扑之一;而半桥三电平结构由于其功率开关管正常工作时承受电压仅为直流母线电压一半,因而广泛应用于电力电子变压器、高压直流输电等领域。将上述两者优势相结合得到的半桥三电平LLC变换器,既突破了功率器件在电压等级上的限制,又进一步提高了变换器效率与功率密度,具有重要的研究价值。本文以半桥三电平LLC变换器作为研究对象,主要进行了以下具体工作:(1)分别讨论了半桥三电平LLC变换器在调频控制和移相控制时的基本工作原理,并进行了详细的稳态工作过程及换流分析。(2)利用基波分析法对半桥三电平LLC变换器进行建模,推导了变换器在调频模式和移相模式下的增益表达式,并根据工作原理分析对比其在两种工作模式下的软开关与效率特性,并在此基础上提出一种通过作图并利用解析限制条件的谐振腔参数设计方法。(3)首先针对半桥三电平结构带来的中点平衡问题,提出了一种基于“单载波+双沿触发”调制模式的中点平衡数字控制方法,通过比较输入侧上下分压电容电压来改变调制波的修正量,从而实现对分压电容电压差的控制。随后为了能够满足本文所设计电源的宽范围输出电压要求,研究了一种混合式控制方法,将调频控制与移相控制的优势结合在一起,在保证软开关实现的前提下大大增加了电压调节范围。最后通过仿真验证这两种控制方法的可行性与有效性。(4)通过搭建7.5kw实验平台样机,对所提出的理论分析进行验证。


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