小型并网风机中LLC谐振变换器及变模态控制研究

摘要

本文以小型并网风机系统为研究背景，以其中的能量变换环节为研究平台。分析了并网风机中对于DC/DC能量变换环节宽范围，高效率，隔离，功率跟踪四方面的性能要求，并选定LLC谐振拓扑作为DC/DC能量变换环节的设计方案。
　　首先讲述了LLC的工作状态，从原理上分析传统FHA增益等效模型的误差来源，对其进行适当修正。分析指出全范围满载情况下最难实现MOS零电压开通的工作点，并提出一种最大临界励磁电感的优化设计方法。
　　由于风机负载的特殊性，LLC作为能量变换环节，其输出功率随着输入电压的减小而减小。因此，当输出并网电压固定不变时，变换器等效负载电阻随着输入电压的减小而增大。考虑到LLC的负载增益特性，在固定完全谐振频率不变的情况下可以适当增大谐振电感值，以提升低输入电压段（低频段）的工作频率，输入阻抗以及有效占空比和效率。本文是基于数字DSP来控制系统功率输出，从而模拟风机最大功率跟踪的负载特性。
　　为了满足风机在高风速下的恒功率输出性能要求，LLC必须工作在降压区域，文章提出了一种变模态控制方法:将降压区域分成多个区间，分别进行PFM变频和PWM移相交替控制，并且兼顾了原边ZVS和副边ZCS的性能。

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论文说明

致谢

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景

1．2 课题研究现状

1．2．1 系统DC／DC变换器部分拓扑选择

1．2．2 LLC谐振变换器

1．3 课题研究内容

第2章 LLC全范围满载软开关优化设计

2．1 LLC基本工作原理分析

2．1．1 LLC增益分析

2．1．2 LLC频域增益修正

2．2 全范围满载软开关优化设计

2．2．1 最难实现软开关工作点分析

2．2．2 励磁电感优化设计

2．2．3 谐振电感和谐振电容优化设计

2．2．4 变换器完整设计步骤

2．3 实验验证

第3章 应用于风机并网系统的LLC优化设计

3．1 风电系统结构

3．2 LLC变换器应用分析

3．2．1 输入阻抗对效率的影响

3．2．2 谐振电感对效率和频率的影响

3．3 谐振参数设计

3．3．1 励磁电感设计

3．3．2 谐振电感设计

3．4 系统控制

3．4．1 输出功率控制

3．4．2 软件运算

3．5 仿真验证

3．6 实验验证

3．6．1 实验参数

3．6．2 实验结果

第4章 应用于风机并网系统的高压LLC设计

4．1 高压LLC原边MOS选取

4．1．1 LLC启动分析

4．1．2 原边MOS选取

4．2 实验参数设计

4．3 实验验证

第5章 应用于风机并网系统的变模态LLC控制

5．1 LLC定频PWM控制

5．2 PWM和PFM变模态控制

5．2．1 相移角对变换器性能的影响

5．2．2 变模态控制

5．3 系统控制

5．4 实验结果

第6章 总结展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

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