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基于两路交错并联LLC的均流控制思考

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  • 用途: 硕士毕业论文 Master Thesis
  • 作者:上海论文网
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  • 论文字数:35262
  • 论文编号:el2022021210191527584
  • 日期:2022-02-12
  • 来源:上海论文网

电力论文哪里有?本文主要针对交错并联 LLC 谐振变换器,利用变频和移相两种控制相结合的方法,成功实现了两路全桥 LLC 谐振变换器的均流,这里对本文的重点研究内容做如下总结:(1)交错并联 LLC 的工作原理分析针对交错并联 LLC 谐振变换器,对其基本原理进行了详细阐述,对主电路进行基波等效模型分析,推导出电压增益表达式,结合 LLC 的谐振技术实现了软开关,提高了变换器的传输效率;


1 绪论


1.3 交错并联 LLC 均流技术研究现状

随着 LLC 谐振变换器的提出以及不断深入地研究,其控制方式也更加地成熟,应用的领域也更加地广泛,对 LLC 谐振变换器的要求也越来越高,尤其是在高功率密度、大电流的场合。为了使 LLC 谐振变换器应用到更加广泛的领域,文献[20-22]提出可在 LLC谐振变换器中采用交错并联技术,就是使两路采用的频率相同,其参数基本也保持一致,只是将第二路的开关管驱动滞后第一路一定的角度,构成一种交错的方式,这种方式虽然在一定程度上减小输出电流纹波,但文献中没有考虑在实际情况中,各路器件的偏差会导致两路电流输出不能均分,不但不能体现出交错并联 LLC 的优势,而且还大大降低了变换器的可靠性[23]。

均流策略主要分为两类[24]:第一类是无源均流控制策略,这种均流控制方法也称为一种被动的控制方式,指的是通过采用共用无源器件的方式,加上电路的自身结构来自动均流,文献[25-29]提出的共用电感均流策略和共用电容均流策略,如图 1-1 所示,这种控制的优点是不需要繁杂的控制电路和输出端的检测电路,运行起来较为简单也易于实现,排除了共用无源元件的参数差异导致的不均流问题,但这种控制方式可靠性不高,除共用无源器件以外的其他器件依然会导致不均流;另一类为有源控制策略,通过检测每路输出电流大小,并采用相应的控制算法来调节电路的开关频率、输入电压增益或者是相位等,最终实现均流的目的,这种控制方式性能好、可靠性高,缺点是控制复杂,电路损耗相对较高,对芯片也有一定的要求。

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3 交错并联 LLC 的运行与均流策略


3.1 交错并联 LLC 的输出纹波分析

交错并联技术对提高功率密度、减小输出电流纹波有很好的效果,在理想情况下,两路 LLC 谐振变换器交错并联,若谐振槽参数及输入电压保证相同,那么输出电流就能够相同,但在实际情况中,两路的谐振槽参数不可能完全相等,或多或少都会有一些差别,造成输出电流不能均分,会给变换器带来一些问题,严重情况下可能导致变换器不能正常工作,所以为了解决这个问题,本章对不均流的影响因素进行深入分析,从而给出交错并联 LLC 谐振变换器的均流控制策略。

首先忽略励磁电流产生的损耗以及电路其他器件造成的损耗,当开关管频率 fs 与谐振频率 fr 相等,即变换器处于完全谐振时,谐振槽的电流正好表现为正弦,输出整流侧是正弦半波,两路 LLC 谐振变换器开关驱动的相位角相差90,输出电流的相位也就相差90,输出电流的纹波就可以减小。

从图 2-1(c)中可以看出,将两路 LLC 交错并联,总输出电流的周期变小,频率变为单路 LLC 的两倍,单路 LLC 的纹波量表示为 Id1、Id2 ,两路交错并联后的纹波量为dI ,接下来对其进行定量分析[49]。


5 实验验证


5.1 引言

上一章主要对参数进行设计并分析仿真波形,本章主要介绍软硬件设计及实验分析,由于实验条件有限,所以只搭建了一台小功率样机,负载连接两种阻值的电阻进行实验结果验证。样机主要包括 LLC 谐振变换器主电路、控制驱动电路、电压电流采样电路以及负载这几个部分。

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5.2 主控芯片的选择

本文所选用的主控芯片为 TMF320F28035,这款芯片性价比较高,数字信号的处理能力强,处理器的性能也较为齐全,是由 TI 推出的一款 Piccolo 产品,与老式的 2802X 系列相比,在原有的 DSP 内核之外,增加了一个浮点运算核,这就使得这款 DSP 有两个运算核,加快了处理各种通信事件的能力,更好的发挥出了该系列的 DSP 性能,其主要参数性能有以下几个:

(1)高效率的中央处理单元,具有 32 位,主频频率为 60MHz,单电源 3.3V;(2)哈佛总线结构,支持 32 位浮点运算,响应速度快;(3)具有较为完整的保护系统,例如过流保护和欠压保护;(4)具有 45 个输入输出的引脚,128 位的安全密钥,32 位的 CPU 定时器三个,外设中断扩展控制器一个;(5)具有丰富的外设端口,包栝 LIN、GPIO、SCI、SPI 以及 PWM 等。


6 总结与展望


6.2 展望

虽然本文对交错并联 LLC 谐振变换器进行了深入的分析,通过仿真与实验进行了验证,基本上可以实现均流,但是由于个人研究时间和水平有限,本文仍存在一些不足有待完善:

(1)对于交错并联变换器而言,本身适用于高功率大电流场合,对开关管的选取以及应用上可以更加深入分析,今后的研究中可以使用耐压高的 SiC-MOS 管;

(2)主功率拓扑的磁性器件设计相对粗糙,没有过多考虑成本以及变换器的体积,因此在后面的研究以及优化中,可以进一步缩小体积并压缩成本,来实现最后的结果;

(3)本文的均流策略虽然可以大幅度减小两路输出的不均流度,但此方法仅针对于两路 LLC 变换器谐振槽参数相差不大的情况下,因此有一定的局限性,需要对均流策略做进一步改善;

(4)由于个人水平原因,实验平台还需要进一步完善,实验波形也需要进一步调试与优化。

参考文献(略)

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