基于SiC器件的全桥LLC谐振变换器的研究与开发

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1、工程硕士学位论文基于SiC器件的全桥LLC谐振变换器的研究与开发作者姓名冯腾工程领域电气工程校内指导教师康龙云教授校外指导教师鲍坤勇高级工程师所在学院电力学院论文提交日期2018年6月ResearchandDevelopmentofFull-bridgeLLCResonantConverterBasedonSiCDeviceADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：FengTengSupervisor：Prof.KangLongyunSouthChinaUniversityofTechnol

2、ogyGuangzhou,China分类号：TM461学校代号：10561学号：201521011876华南理工大学硕士学位论文基于SiC器件的全桥LLC谐振变换器的研究与开发作者姓名：冯腾指导教师姓名、职称：康龙云教授申请学位级别：工程硕士工程领域名称：电气工程论文形式：ꇶ产品研发ꇶ工程设计√应用研究ꇶ工程/项目管理ꇶ调研报告研究方向：高压隔离DC/DC变换器论文提交日期：2018年6月5日论文答辩日期：2018年6月2日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：曾岳南委员：康龙云、谢运祥、王学梅、赵世伟华南理工大学学位论文

3、原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属华南理工大学。学校有权保存并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许学位论文被查阅（除在保密期内的保密论文外）；学校

4、可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。本学位论文属于：□保密，（校保密委员会审定为涉密学位时间：年月日）于年月日解密后适用本授权书。□不保密,同意在校园网上发布，供校内师生和与学校有共享协议的单位浏览；同意将本人学位论文提交中国学术期刊(光盘版)电子杂志社全文出版和编入CNKI《中国知识资源总库》，传播学位论文的全部或部分内容。(请在以上相应方框内打“√”)作者签名：日期：指导教师签名：日期作者联系电话：电子邮箱：联系地址(含邮编)：摘要高频化、高功率密度、高

5、效率、数字化是当今DC/DC直流变换器的发展趋势。相比于其他开关变换器，LLC谐振变换器具有较宽的输入输出电压调节范围，能够在全负载范围内实现开关管的ZVS，并且在大部分情况下实现整流二极管的ZCS，具有开关频率高、效率高、功率密度大、EMI噪声小等诸多优点。此外，LLC谐振变换器可以实现磁集成，进一步减小寄生参数的干扰和电源体积。近年来，碳化硅（SiC）器件因其优越的性能得到快速的发展，SiCMOSFET具有高耐压、低导通电阻、高频、耐高温、结电容小等诸多优点，可以使应用电路实现大功率、高密度、小型化。在此背景下，本文研究并设计了一款基于SiCMOS

6、FET的数字式全桥LLC谐振变换器，将具有更高耐压的SiCMOSFET与全桥LLC谐振变换器有机结合，可大大提高LLC谐振变换器的输入电压。本文首先通过分析变换器的几种拓扑结构，确定全桥LLC谐振变换器作为本文的研究对象。接着，采用基波近似分析法（FHA）对变换器进行稳态建模，推导和分析了变换器的稳态直流增益特性。根据谐振网络阻抗特性和变换器工作原理，确定了LLC谐振变换器的最佳工作状态并详细分析该状态下的工作过程。在以上基础上，推导全桥LLC谐振变换器实现ZVS的条件并确定了谐振参数的取值步骤。然后，选择扩展函数描述法（EDC）对变换器进行小信号建模

7、，得到小信号状态空间模型，利用伯德图对其进行传输特性和稳定性分析，确定引入PI控制器作为闭环系统补偿器。最后，在理论研究和设计的基础上，设计了整个变换器的硬件系统和软件系统。硬件系统部分主要包括磁性元件和SiCMOSFET驱动电路的设计以及功率器件的选型。软件系统部分主要介绍了隔离电源专用数字控制器UCD3138及其内部的PID补偿器的结构和实现，并给出了整个系统的控制实现结构图。最后，在Matlab/Simulink软件中对全桥LLC谐振变换器进行了仿真，同时制作了一台实验样机，仿真和实验结果验证了本文的理论研究和设计方法的正确性。关键词：LLC谐振

8、变换器；SiCMOSFET；稳态建模；小信号模型；数字控制IAbstractHighfrequ