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应用于车载充电器的宽范围多电平LLC谐振变换器
| 论文题名： | 应用于车载充电器的宽范围多电平LLC谐振变换器 |
| 关键词： | 电动汽车;充电器;谐振变换器;电路拓扑;调制策略 |
| 摘要： | 燃油汽车的大量使用在给人们生活带来便利的同时，也加剧了能源危机与环境污染等问题。为解决这些问题，世界各国都在积极推动电动汽车研究和使用，储能电池作为电动汽车的核心组成部分，其充电过程需要具有宽的输出电压范围和高的效率，这些性能是依靠具有宽增益范围、高效率的DC/DC变换器来实现的，然而，传统的DC/DC变换器往往无法兼顾上述需求。基于这一问题，本文研究了一种电动汽车车载充电器用多电平LLC谐振型直流变换器。该变换器在半个逆变周期内输出Vin和2Vin两种电平，配合移相控制，可以将电压增益拓展到两倍，且能够在整个增益范围内实现原边功率管的ZVS和副边整流管的ZCS，以同时满足车载充电器的增益范围与效率需求。 多电平LLC谐振变换器采用定频调制，并始终工作在谐振频率点，避免了传统PFM的大范围调频，从而有利于变换器的磁元件设计和功率密度提升。与传统的变频LLC谐振变换器不同的是，多电平LLC谐振变换器2倍的增益范围不受品质因数和电感比的影响，该特性可以大大简化变换器谐振参数的选择设计过程、便于通过增大励磁电感来限制励磁电流幅值；此外，与传统的全桥或半桥LLC谐振变换器相比，多电平的应用有助于降低谐振电流幅值；以上多方面因素将有效降低变换器的开关损耗和导通损耗，从而提高变换器效率。 本文首先介绍了多电平LLC谐振变换器的电路拓扑、调制策略和工作原理，并采用基波近似法推导了变换器的电压增益曲线。然后通过与全桥LLC谐振变换器的增益及谐振槽参数特性作对比，说明了变换器所具有的优势。随后从ZVS实现条件、器件应力与变换器效率等方面介绍了谐振参数的选取原则。最后结合车载充电器的应用背景，搭建了一台输入电压380V，输出电压250V~420V，功率3.3kW的实验样机，对变换器的工作原理与特性进行了实验验证，实验结果表明变换器能够达到车载充电器所需的增益范围，且在全负载范围内均可以实现原边开关管的ZVS和副边二极管的ZCS，其峰值效率达到了97.3%，且变换器在整个工作过程中均保持了较高的效率。 |
| 作者： | 李杰 |
| 专业： | 电力电子与电力传动 |
| 导师： | 王德玉 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 燕山大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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