LLC谐振变换器在电动汽车充电机中的应用研究

摘要

提高电力变换器的工作频率能够有效地减小电路中磁性元件的体积，进而可以提高变换器的功率密度。但随着开关频率的提高，变换器的开关损耗也会相应增加，严重制约了变换器的工作效率。因此，需要利用软开关技术解决开关损耗严重的问题。与传统的谐振变换器相比，LLC谐振变换器在宽输出电压范围内或全负载范围内都能实现原边开关管的零电压导通，有效地降低了高频条件下的开关损耗。另外，LLC谐振变换器也能实现副边整流二极管的零电流关断，解决了二极管的反向恢复问题和降低了电磁干扰的影响。
　　本文设计了一款输入为400V，输出为600V～750V的大功率LLC全桥谐振变换器，该谐振变换器应用于新能源电动汽车充电机中。充电机采用三个模块并联输出，总输出功率达到10kW，能够满足电动汽车充电机体积小、效率高及充电速度快的要求。本文首先介绍了谐振变换器的分类和LLC全桥谐振变换器的突出优点，结合课题需要，研究确定了LLC全桥谐振变换器的电路拓扑。然后，采用基波分析法建立了LLC全桥谐振变换器的等效电路，在不同频率范围内对电路的工作原理及增益特性进行了分析。研究了LLC全桥谐振变换器在宽输出电压范围内的参数设计和电路性能，优化了参数设计的方法。在此基础上，通过大量的参数计算，确定了大功率、高效率、宽输出电压范围的LLC全桥谐振变换器的参数。并利用SIMETRIX搭建了闭环仿真电路，通过仿真验证了LLC全桥谐振变换器参数的可行性。
　　最后，对LLC全桥谐振变换器的控制系统进行了设计，包括电压采样隔离电路、电路采样隔离电路、驱动电路和保护电路等。本文利用数字化控制方案，采用TMS320F2808作为控制芯片，通过对DSP编程实现LLC全桥谐振变换器的各种功能，并对编程中存在的部分细节问题给出了解决方式。在理论分析的基础上，设计了一台10kW电动汽车充电机实验样机，对实验结果和数据进行了分析，进一步验证了理论分析的正确性和设计方法的可行性。

目录

声明

摘要

符号说明

第1章 绪论

1．1 背景

1．2 谐振变换器的分类

1．2．1 串联谐振变换器

1．2．2 并联谐振变换器

1．2．3 串并联谐振变换器

1．2．4 LLC谐振变换器

1．3 LLC谐振变换器在电动汽车充电机中的应用

1．4 LLC谐振变换器研究现状

1．5 本文主要研究的内容

第2章 LLC谐振变换器的工作原理及性能分析

2．1 MOSFET的性能分析

2．2 谐振变换器拓扑结构的选取

2．2．1 逆变网络的选取

2．2．2 整流网络的选取

2．3 谐振变换器的等效电路及工作原理

2．3．1 谐振变换器的等效电路

2．3．2 谐振变换器的工作原理

2．4 LLC谐振变换器电路性能分析

2．4．1 谐振变换器的增益特性

2．4．2 谐振变换器的效率特性

2．5 本章小结

第3章 LLC全桥谐振变换器的设计

3．1 变换器的主电路指标

3．2 变换器参数设计及校验

3．2．1 变换器的参数设计

3．2．2 谐振参数的校对

3．2．3 主电路器件的选取

3．3 变压器设计

3．4 仿真分析

3．5 本章小结

第4章 控制电路设计及数字化方案

4．1 系统硬件设计

4．1．1 采样电路设计

4．1．2 驱动电路设计

4．1．3 保护电路设计

4．2 系统软件设计

4．2．1 系统控制软件整体流程

4．2．2 驱动波形的产生原理

4．2．3 数字PI控制器的实现

4．2．4 数字均流及输出模式

4．3 本章小结

第5章 硬件测试及波形分析

5．1 实验波形分析

5．2 实验中存在的问题

5．3 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 全文工作总结

6．2 工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间参与的项目