基于电流平衡单元的IPOP型LLC谐振变换器模块研究

摘要

输入并联输出并联(Input-Parallel Output-Parallel, IPOP)型直流变换器广泛适用于低电压大电流工作场合，尤其是在分布式发电系统交直流转换环节中采用高频隔离变压器代替传统工频变压器，其难点在于如何实现各个子模块之间的输入电流均流和输出电流均流问题，现有解决方法均为闭环控制策略，具有一定的局限性。LLC谐振变换器是一种实用的软开关直流变换器，当LLC谐振变换器工作在近似谐振频率下可实现高频隔离直流变压器功能，保证逆变侧零电压开关（ZVS）及整流侧零电流开关（ZCS），同时具备高功率密度和高效率的优点。
　　本文提出了基于电流平衡单元的IPOP型LLC谐振变换器模块，通过电流平衡单元电磁耦合作用可以开环实现LLC谐振变换器模块间输入电流均流(input-current sharing, ICS)和输出电流均流(output-current sharing, OCS)，使整体IPOP型直流变换器稳定工作。采用电流平衡单元代替传统闭环控制策略解决IPOP系统模块间电流不平衡问题具有以下优点：所有LLC谐振变换器模块可以实现开环控制，无需控制方案；整体系统省去电压电流采样检测环节；整体方案大幅减少元器件个数，降低成本；无需复杂控制策略开环实现ICS和OCS，使整体IPOP系统具有更高稳定性；整体结构采用IPOP模块化设计对直流电能进行变换，可以满足更高直流负载功率等级要求。
　　本文通过对电流平衡单元的电磁模型分析，导出其等效电路模型，并通过其工作暂态电流与稳态电流仿真说明电流平衡原理。最后搭建基于电流平衡单元的IPOP型LLC直流变换器实验系统验证所提出电流平衡方案的有效性和正确性。

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第1章 绪 论

1.1 课题研究的时代背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文思路和主要工作

第2章 IPOP型LLC谐振变换器模块

2.1 LLC谐振变换器模块的参数设计

2.2 IPOP电路结构的特性分析

2.3 本章小结

第3章 电磁耦合电流平衡技术

3.1 电流平衡单元连接拓扑结构

3.2 基于电流平衡单元的IPOP型LLC谐振变换器模块等效电路模型

3.3 电流平衡单元工作原理分析

3.4 主动式开关管设计

3.5 本章小结

第4章 电流平衡性能的实验验证

4.1 实验系统搭建

4.2 两模块IPOP型LLC谐振变换器工作特性

4.3 多模块IPOP型LLC谐振变换器工作特性

4.4 主动式开关管有载增减LLC模块

4.5 大功率IPOP系统实验

4.6 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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致谢