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基于LLC谐振网络选频原理的OBC用直流变换器
| 论文题名： | 基于LLC谐振网络选频原理的OBC用直流变换器 |
| 关键词： | 电动汽车;车载充电器;直流变换器;LLC谐振网络;选频原理 |
| 摘要： | 充电技术的发展是电动汽车用户绿色出行的重要保障，是促进新能源汽车产业发展、助力碳中和目标实现的有力支撑。作为电动汽车的重要组成部分，现阶段的车载充电器(On Board Charger,OBC)不仅需要提供恒流/恒压的输出特性，还持续面临着不断拓宽的输出电压范围和效率指标的挑战；出于安全考虑，还要具备高可靠性。针对以上背景和需求，本文提出的直流变换器利用LLC谐振网络自身的电压源、电流源特性，来满足车载充电器宽范围输出、控制简单可靠等需求。 首先，OBC的直流环节基于传统LLC谐振变换器拓扑，根据选频原理可知该网络具有串联和串并联两个谐振频率点。本文通过简化控制方法，在车载电池恒流充电阶段，使变换器运行于LLC谐振网络的串并联谐振点，也就是恒流输出工作点；随着充电电压上升，变换器的输出电流独立于负载变化而呈现出恒流特性，充分利用这一特性来实现宽范围电压调节；进入恒压充电阶段，使变换器运行在LLC谐振网络的串联谐振点，也就是恒压输出工作点；充电电荷趋于饱和但电池电压几乎保持不变，维护电池重复使用寿命。控制变换器在上述两个谐振频率点定频运行即可实现恒流/恒压充电模式的运行，因此，控制器复杂程度低，可靠性得以提高。 其次，在串并联谐振的恒流输出点，LLC谐振网络处于的容性区，为了使开关管获得ZVS(Zero Voltage Switching)特性，本文通过在LLC谐振网络入口处并联一个辅助电感支路，为逆变桥臂注入补偿电流，使逆变器总体呈现感性，从而满足获得ZVS的条件。在恒压输出点，LLC谐振网络处于感性区，开关管能够获得ZVS。为了减小辅助支路带来的损耗，利用辅助开关将辅助支路断开，并通过控制辅助开关的关断时序，实现辅助电感电流的零电流关断，降低电压应力。 最后，分别利用基波分析法(Fundamental Harmonic Approximation,FHA)与时域分析法，对变换器的特性进行分析。以优化变换器损耗和功率密度为目标，提出变换器参数设计方案，并利用PSIM软件进行验证；对变换器硬件进行设计，建立变换器的损耗模型，给出整体的效率评估；介绍变换器的模式切换方式，并采用闭环调节的方式来减小整流二极管的电流应力。搭建一个输出功率2kW的实验平台，对所提出的变换器原理性和参数设计的可行性进行验证，通过实验得到变换器的运行数据，并对所得到的数据进行分析。 |
| 作者： | 李沂宸 |
| 专业： | 电气工程 |
| 导师： | 王德玉;高大智 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 燕山大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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