基于LLC谐振全桥的充电机设计

摘要

当今社会，能源危机和环境污染双重压力下，推动绿色能源开发利用，实现能源和环境的可持续发展，已经是当务之急。近年来，由于国家的大力支持，电动汽车快速发展。使得与之相匹配的充电系统的研究，应用前景巨大。充电系统一般由PFC（Power Factor Correction,功率因素校正）和DC/DC（DC-DC Power Convert，直流变换）两部分组成；后级DC-DC充电机模块与电动汽车动力电池直接相连接，其输出性能直接影响动力电池的健康状态和寿命，因此对DC-DC充电机设计至关重要。
　　LLC谐振全桥变换器可以在宽输出电压范围内，不需要任何辅助网络，实现MOS管和输出整流二极管软开关，同时具有高功率密度、高效率、高频化等优势。将LLC谐振全桥变换器应用于DC/DC充电机，易于满足DC/DC充电机的宽电压输出、高功率输出、高效率及体积小型化等充电系统需求。本文基于LLC谐振全桥变换器设计一台15kW的DC/DC充电机，使其满足电动汽车充电需求。
　　本文主要工作为：分析了DC/DC充电机的研究意义及国内发展现状，并提出充电机需求指标。在变频控制和定频控制方式下，推导了变换器基于基波简化等效模型及全范围软开关的约束条件。本文充电机设计时侧重考虑的以下几个约束因素：安全条件约束、软开关约束、效率特性约束、负载切换对品质因素 Q的影响、控制策略选择。详细分析这些约束因素对参数的影响，并得到数学约束条件，为后续参数设计提供指导依据，进一步提出一种较为简单的参数设计流程，使设计的参数良好合理匹配。然后针对15kW的DC/DC充电机具体需求指标，进行了硬件系统的全面设计实现：首先设计了硬件系统构架，确定了主功率电路具体参数，对电容器件和功率器件进行了选择，并对核心的高频变压器和谐振电感进行了全面设计；接着针对主功率电路的工作特点和控制方式设计了匹配的测控（采样和控制）电路、保护电路以及通信电路的设计。最后对主功率电路进行了MATLAB仿真，研制了15kW DC/DC实验样机，对设计的样机指标进行了全面详细的测试，实现结果表明设计实现了预期目标。

目录

声明

第一章 绪论

1.1课题的研究意义及背景

1.2国内外发展现状

1.3 DC/DC充电机需求性能指标

1.4 LLC谐振拓扑在充电机应用中的关键问题分析

1.5论文组织结构

第二章 LLC谐振全桥变换器的基本原理

2.1变换器的变频与定频基本工作原理

2.2 LLC谐振全桥网络等效简化

2.3全范围软开关实现的条件

2.4本章小结

第三章 充电机主功率变换器谐振腔参数设计

3.1谐振腔参数设计时主要约束因素

3.2变换器谐振腔的频率特性

3.3安全工作条件约束

3.4变换器效率特性约束

3.5负载切换对品质因素Q的影响

3.6主功率变换器控制策略选择及实现

3.7谐振腔参数设计流程

3.8本章小结

第四章 充电机硬件设计

4.1充电机硬件系统结构

4.2主功率电路硬件设计

4.3测控电路设计

4.4保护电路设计

4.5通信硬件设计

4.6本章小结

第五章 仿真与实验结果验证分析

5.1充电机主功率模块仿真验证

5.2实验平台

5.3关键波形分析

5.4充电机指标验证

5.5本章小结

第六章 总结与展望

6.1工作总结

6.2工作展望

致谢

参考文献

附录 充电机主功率变换器