寬輸入高增益隔離型DC-DC變換器的研究.pdf

1、隔離升壓型DC-DC變換器是一類可以將低壓直流母線變換成高壓直流母線并實(shí)現(xiàn)電氣隔離的變換器的統(tǒng)稱,比較常見(jiàn)的有正激變換器、反激變換器和隔離型Boost變換器等三種基本變換器及它們的衍生拓?fù)洹８綦x升壓型DC-DC變換器已經(jīng)在儲(chǔ)能系統(tǒng)以及航天電源系統(tǒng)等領(lǐng)域取得廣泛應(yīng)用。并且就目前電力電子領(lǐng)域的發(fā)展形勢(shì)來(lái)看,隔離升壓DC-DC功率變換將成為新能源發(fā)電以及新能源汽車(chē)等領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)之一。概括起來(lái),新一代隔離升壓型DC-DC變換器的特點(diǎn)可以表述為

2、:寬輸入、高增益和高效率。
　　 LLC諧振變換器不需要輔助電路就可以實(shí)現(xiàn)原邊開(kāi)關(guān)管的零電壓開(kāi)關(guān)和副邊整流管的零電流開(kāi)關(guān),具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和高效率功率變換的優(yōu)點(diǎn),近年來(lái)已在工業(yè)界得到廣泛應(yīng)用,典型應(yīng)用是前端DC-DC功率變換器。LLC諧振變換器的寬范圍輸入適應(yīng)性好、全負(fù)載范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)以及高效率功率變換等特點(diǎn),很好地符合新一代隔離升壓型DC-DC變換器的要求,因此本文以升壓型LLC諧振變換器作為研究對(duì)象,首先提出了一種改進(jìn)型的LL

3、C諧振變換器參數(shù)設(shè)計(jì)方法,然后提出了基于LLC諧振變換器的兩種寬輸入高增益隔離升壓型DC-DC功率變換的解決方案,它們分別是單級(jí)型和級(jí)聯(lián)型功率變換。
　　 LLC諧振變換器的設(shè)計(jì)主要是三個(gè)諧振元件的設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法是建立在變換器的增益函數(shù)的基礎(chǔ)上。目前描繪LLC諧振變換器的增益函數(shù)的方法主要有三種:基波等效法(Fundamental Harmonic Approximation,FHA)、仿真分析法和時(shí)域分析法。傳統(tǒng)的LLC

4、諧振變換器參數(shù)設(shè)計(jì)方法的問(wèn)題在于過(guò)分依賴經(jīng)驗(yàn)而且沒(méi)有固定的范式。針對(duì)這一缺點(diǎn),本文提出了一種改進(jìn)的LLC諧振變換器設(shè)計(jì)方法——基于“電流角”模型的LLC諧振變換器設(shè)計(jì)方法。電流角的大小直接決定了換流過(guò)程中MOSFET寄生電容充放電所需電荷的供給量。電流角越大,供給量越大,越容易實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān),但是多余供給量會(huì)造成額外的損耗,造成效率下降。因此,該設(shè)計(jì)方法將電流角作為優(yōu)化設(shè)計(jì)變量,通過(guò)控制電流角來(lái)優(yōu)化變換器效率。
　　 針對(duì)高增益隔離

5、升壓型DC-DC功率變換,本文提出了兩種解決方案:單級(jí)型和級(jí)聯(lián)型。單級(jí)型就是在輸入和輸出之間只有一個(gè)DC-DC拓?fù)?該拓?fù)渫瑫r(shí)滿足寬輸入和高增益隔離升壓的高效率功率變換需求。而級(jí)聯(lián)型則是采用Boost級(jí)聯(lián)直流變壓器的結(jié)構(gòu),其中直流變壓器的作用是抬升功率變換電平以使得Boost變換器落在理想的工作區(qū)域。本文分別制作了實(shí)驗(yàn)樣機(jī)來(lái)驗(yàn)證兩種解決方案的可行性。
　　 隔離型DC-DC變換器的輸出倍壓技術(shù)主要有整流倍壓技術(shù)和諧振倍壓技術(shù)。理