充电桩用LLC谐振变换器中谐振电感的优化

摘要

谐振电感是大功率LLC谐振变换器的关键部件，对实现软开关起着决定性作用。传统大功率谐振电感的磁路结构大多采用单气隙结构，该结构谐振电感在工作过程中易出现局部温升过高、损耗过大的问题，从而影响了谐振电感的正常运行，缩短了电感寿命，降低了变换器的整体效率。针对汽车充电桩用单气隙谐振电感存在的诸多问题，本文提出一种三气隙磁芯结构的谐振电感。
　　本研究主要内容包括：⑴对汽车充电桩用大功率LLC谐振变换器用谐振电感进行建模。分析了充电桩用LLC谐振变换器的电路拓扑及其工作过程。对各类磁芯材料和磁芯结构进行了对比和分析，得出适合汽车充电桩用 LLC谐振变换器中谐振电感的磁芯材料，并提出用三气隙磁芯结构来研制谐振电感。采用电磁热场模拟的方式，利用 ANSYS有限元软件，分别建立了单气隙和三气隙谐振电感的三维非线性数学模型。⑵对谐振电感的三维数学模型进行了电磁场和温度场的耦合场仿真。通过对单气隙谐振电感和三气隙谐振电感的建模仿真，分别获得了单气隙谐振电感和三气隙谐振电磁的磁感应强度矢量图以及磁芯的磁感应强度分布云图；将电磁场与温度场进行耦合仿真，得出了单气隙和三气隙谐振电感的温度分布云图；从理论层面分析了气隙对谐振电感温升和损耗的影响，给出单气隙谐振电感产生局部温升过高的原因；对三气隙谐振电感进行进一步仿真，获得不同气隙位置处谐振电感的温度梯度矢量图，通过调整气隙位置，经多次仿真，给出了三气隙位置的优化曲线，获得了三个气隙在谐振电感磁芯中的最佳位置。⑶通过电磁热场耦合仿真和实验验证，证明了三气隙谐振电感方案的正确性，并成功应用于汽车充电桩。

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第一章 绪论

1.1课题的背景及意义

1.2课题国内外研究现状

1.3本课题的研究内容、难点及创新点

第二章 充电桩用谐振电感及谐振变换器

2.1 充电桩用LLC谐振变换器的电路拓扑及工作原理

2.2 谐振电感的磁芯材料

2.3 谐振电感的磁芯结构

2.4 谐振电感的绕组分析

2.5 本章小结

第三章 充电桩用LLC谐振变换器用谐振电感的电磁热耦合建模

3.1 LLC谐振电感的电磁场分析

3.2 LLC谐振电感的有限元法分析

3.3 LLC谐振电感的电磁场建模

3.4 LLC谐振电感温度场的建模与分析

3.5 LLC谐振电感的电磁热耦合场分析

3.6 本章小结

第四章 谐振电感的仿真、试验及优化设计

4.1 谐振电感的仿真分析

4.2 LLC谐振电感磁芯气隙位置最优分析

4.3 仿真分析与验证

4.4 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 论文的工作总结

5.2 未来工作展望

参考文献

攻读学位期间的研究成果

致谢

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