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谐振电容电压控制LLC谐振变换器研究

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摘要

第1章 绪论

1.1 研究背景

1.2 常规谐振变换器

1.2.1 串联谐振变换器

1.2.2 并联谐振变换器

1.2.3 串并联谐振变换器

1.3 LLC谐振变换器

1.3.1 拓扑结构研究现状

1.3.2 控制策略研究现状

1.4 本文研究的主要内容

第2章 LLC谐振变换器工作原理及稳态建模

2.1 LLC谐振变换器的拓扑结构

2.2 LLC谐振变换器工作原理

2.3 LLC谐振变换器稳态建模

2.3.1 开关网络电路模型

2.3.2 谐振网络模型

2.3.3 整流桥和滤波网络模型

2.3.4 理想变压器模型

2.3.5 统一的FHA模型

2.4 LLC谐振变换器稳态特性

2.4.1 电压转换比

2.4.2 工作区间划分

2.5 本章小结

第3章 次级电荷控制LLC谐振变换器

3.1 电荷型控制策略概述

3.2 次级电荷控制工作原理

3.3 次级电荷控制工作过程

3.4 次级电荷控制调节规律

3.4.1 负载扰动

3.4.2 输入扰动

3.5 次级电荷控制参数设计原则

3.6 次级电荷控制仿真结果

3.6.1 稳态特性

3.6.2 动态响应对比

3.7 本章小结

第4章 谐振电容电压控制LLC谐振变换器

4.1 谐振电容电压控制工作原理

4.2 谐振电容电压控制工作过程

4.3 谐振电容电压控制调节规律

4.3.1 负载扰动

4.3.2 输入扰动

4.4 谐振电容电压控制参数设计原则

4.5 谐振电容电压控制仿真结果

4.5.1 稳态特性

4.5.2 动态响应对比

4.6 本章小结

第5章 实验设计与实验结果

5.1 主电路设计

5.1.1 试验样机的主要性能指标

5.1.2 谐振网络的参数设计

5.1.3 关键元器件的选型

5.2 控制电路设计

5.2.1 驱动电路设计

5.2.2 电容分压电路设计

5.2.3 电压反馈环路

5.3 LLC谐振变换器谐振电容电压控制实验结果

5.3.1 稳态特性

5.3.2 动态响应对比

5.4 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表的论文及科研成果

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摘要

分布式电源系统具有可靠性高、抗干扰性强等诸多的优点在计算机系统中被广泛的应用。其前端变换器往往需要满足高频化、高效率化以及高密度化等要求,这使得传统的硬开关PWM变换器在应用上受到限制。LLC谐振变换器是当前比较具有代表性的软开关拓扑之一,其在宽负载范围下能够实现主开关管的软开关,而且易于磁集成,因此在分布式电源系统中被广泛采用。
  目前电压型控制策略仍然是LLC谐振变换器最常用的控制策略,但随着变换器的广泛应用,在动态响应速度、过流保护、短路保护等方面该控制策略显现出很大的缺陷,鉴于这个问题,论文研究了一种基于次级反馈的电荷控制。首先,对该控制方法的工作原理进行了详细的分析,并对其在输入扰动与负载扰动下的调节规律展开了讨论;其次,通过稳态分析推导了控制环路中主要参数的表达式,并设计参数搭建了仿真电路。
  此外,论文提出了一种谐振电容电压控制,与电压型控制相比,谐振电容电压控制通过简单的电容分压网络实现对电流信息的采样,不需要电流互感器,减少了变换器的体积,简化了控制环路,提高了变换器的动态响应速度。论文对该控制方法的工作原理、调节规律以及参数设计原则进行了详细的分析,并搭建了仿真电路。
  最后,搭建了谐振电容电压控制LLC谐振变换器的实验平台,给出了该实验平台主电路的参数设计、关键器件的选型以及控制电路主要结构单元的PCB原理图。实验结果表明,相比电压型控制,其动态响应效果更好。

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