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数字式全桥LLC谐振变换器的研究与设计

滕飞  
【摘要】:全桥LLC谐振变换器可以在全负载和全输入电压范围内实现零电压的开通过程与副边侧整流管的零电流关断过程,适合在高频高效率的条件下工作,因而在通信电源、计算机、汽车、多电飞机和新能源等领域受到了广泛应用,具有一定的研究价值。详细地研究了全桥LLC谐振变换器的变频控制工作方式和定频控制工作方式,根据其应用背景与技术指标,给出了系统的主要拓扑结构和整体设计框架。其中Buck级联全桥LLC为系统的主要拓扑结构,同时为了提高效率,系统的拓扑还采用了同步整流技术。采用软硬件结合的设计框架,实现系统的技术指标,其中数字控制系统的硬件部分包括采样、驱动、同步整流和辅助电源等电路,软件部分包括ePWM模块的参数设计、PI算法的设计与实现、闭环控制策略、主程序与中断服务子程序等。给出了5V、1.8V和3.3V辅助电源电压的具体电路设计方案,同步整流电路采用多个MOSFET并联的方式,给出了主变压器和谐振电感的详细设计方法。ePWM模块的参数设计包括计数模式的设计、周期寄存器的参数设计以及死区子模块的参数设计,编写了PI算法的子程序,提出了电感的电流作为内环,输出电压作为外环的双闭环控制策略,并同时提供一种同步整流的驱动方法,给出了基于C MEX S-Function的离散控制双闭环模块和全桥LLC谐振变换器驱动模块的建立方法。在MATLAB的仿真环境下,搭建了Buck级联全桥LLC谐振变换器的离散闭环仿真模型,仿真结果表明,系统的输出电压为24V,纹波电压为0.01V,输出电流为12.5A,纹波电流为0.05A,功率为300W,且负载突变时,动态调节的时间约为1ms,动态性能较好,指标完全满足设计要求。


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