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CLLC谐振型双向车载充电DC-DC变换器建模与设计
| 论文题名： | CLLC谐振型双向车载充电DC-DC变换器建模与设计 |
| 关键词： | 电动汽车;车载充电机;直流-直流变换器;谐振变换器 |
| 摘要： | 随着电动汽车大规模接入电网，电动汽车随机性、间歇性的无序充电对电网造成的不良影响日趋严重。电动汽车到电网技术（vehicle to grid，V2G）把电动汽车无序充电转变成有序智能充电，电动汽车可以作为分布式储能单元，在提高电网稳定性、降低运营成本、实现削峰填谷等方面发挥重要作用。这就要求车载充电机（on board charger，OBC）不仅效率高、体积小、能实现正向充电，还能将车载电池作为储能系统反向放电。CLLC谐振变换器以其高效率、高功率密度、能量双向传输的优势广泛应用于车载充电和储能系统。然而，由于电池充放电特性的巨大差异，现有模型很难将CLLC谐振变换器正反向电路统一起来进行分析和设计，这就导致了参数设计和同步整流实现起来异常困难和繁琐。尤其是在非对称参数设计时，需要反复迭代和大量计算，严重增加了设计难度。因此，本文主要围绕CLLC谐振变换器正反向统一建模、分析与设计展开研究，具体研究内容如下： 首先，本文研究了三种双向CLLC谐振变换器的拓扑结构，即不对称全桥、对称全桥、对称半桥，分析了三种拓扑在模型推导、参数设计和同步整流实现中存在的问题，并衍生出了不对称半桥双向CLLC谐振变换器。对四种CLLC谐振变换器的工作模态、等效电路进行分析，并根据对称与不对称拓扑的等效关系、全桥与半桥拓扑的统一形式，将四者进行归一化并推导出通用谐振变换器。 其次，本文对通用谐振变换器选用合适的正、反向电路因数，分别推导出了正、反向电路因数之间的关系以及正反向统一的输入阻抗、电压增益、移相角模型，并对模型的适用性进行了讨论。给出了通用谐振变换器与四种谐振变换器的等效关系，研究了电路因数对正反向统一的电压增益和输入阻抗角的影响及电路因数的选择原则。 然后，以非对称参数设计为例，将正、反向模型联系起来设计出了通用谐振变换器的电路因数，计算出了四种CLLC谐振变换器的谐振参数。接着，分析了满足ZVS条件的励磁电感值以及正反向移相角的特性，通过仿真平台验证了统一模型的正确性、参数设计的有效性以及移相角特性。 最后，本文设计并搭建了200V输入，130~250V输出，功率1.2kW的四种CLLC谐振变换器的实验平台，实验结果验证了正反向统一的输入阻抗、电压增益和移相角模型的正确性和适用性，将正反向统一进行分析和非对称参数设计的有效性和可行性。 |
| 作者： | 黄金伟 |
| 专业： | 电气工程 |
| 导师： | 李小强 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 中国矿业大学(江苏) |
| 学位年度： | 2022 |
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