llc谐振变换器的时域分析模型及其限流控制策略

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1、分类号学号M201271227学校代码10487密级硕士学位论文LLC谐振变换器的时域分析模型及其限流控制策略学位申请人：郑锐畅学科专业：电气工程指导教师：段善旭教授刘邦银副教授答辩日期：2015年5月18日AThesisSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreefortheMasterofEngineeringTimeDomainModelandCurrentLimitingStrategyforLLCResonantConverterCan

2、didate:ZhengRuiChangMajor:ElectricalEngineeringSupervisor:Prof.DuanShanXuViceProf.LiuBangYinHuazhongUniversityofScience&TechnologyWuhan430074,P.R.ChinaMay,2015独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已标明引用的内容外，本论文不包含任何其他人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个

3、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结果由本人承担。学位论文作者签名：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：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。本论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年

4、月日日期：年月日华中科技大学硕士学位论文本文研究课题受到：国家自然科学基金国际（地区）合作与交流NSFC-RCUK_EPSRC项目——电动汽车与智能电网的接口及网络交互（项目批准号：51361130150）的资助资助谨致谢意！华中科技大学硕士学位论文摘要高效率高功率密度DC-DC变换器是电动汽车充电机、光伏系统直流变换器、数据中心直流供电系统等电能变换装置中的重要组成部分。LLC谐振变换拓扑可实现在高开关频率下全负载范围内原边开关管的零电压开通、副边整流管的零电流关断，因而是隔离型DC-DC变换器的理想拓扑。但LLC

5、电路的多谐振和非线性特性，增加了电路精确建模和特性分析的难度，也给电路的运行控制和性能优化带来不小的挑战。在电路启动和突加负载的冲击负荷工况、输出过载和短路工况下，LLC电路均存在原边谐振回路电流过冲的问题，可能导致开关器件损坏或误触发原边过流保护。常用的开环调频或调占空比限流策略，谐振电流波形控制效果较差，在过载工况下输出电压和谐振电流波动较大，且缺乏简便的限流参数设计方法。闭环限流策略可以实现灵活的限流特性，但需要增加谐振电流或输出电流采样，成本较高。本文主要针对LLC电路的动态过程的建模分析、开环和闭环限流控制

6、技术进行研究。首先，文章分析了LLC电路的基本工作模态和不同开关频率、负载条件下的工作模式，并推导了不同工作模态的状态方程描述和不同工作模式的状态平面轨迹特性。基于状态平面分析方法，文章提出了电路动态过程中的工作模态过渡判据，并求解了不同工作模式下的各个模态持续时间，推导了半个开关周期内的输出电压增量和谐振电流峰值等状态量表达式，最终利用模态的迭代运算建立了LLC电路的时域分析模型。该时域模型相比于电路仿真可节省大量时间，同时又能保证足够的计算精度，可用于分析LLC电路软启动、突加负载等工况下的关键电路状态量的动态变

7、化过程。针对LLC电路开环限流方法中的起始频率和调频时间常数的优化设计的问题，文章分析了电路启动时刻的谐振电流过冲值和收敛值与起始开关频率的关系，配合初始驱动脉冲宽度优化方法，使得启动时刻的谐振电流快速无过冲地进入收敛状态，降低了起始开关频率的要求。对于谐振电流限流值设置较低的情况，采用分裂谐振电容结构的LLC电路拓扑，减少了初始过渡脉冲个数和脉宽的设计难度。基于LLC电路的时域分析模型，文章计算出了开环限流软启动过程中的谐振电流最大值，结合迭代优化算法，获得了最优的调频时间常数参数，可满足谐振电流限流值要求，同时保

8、证输出电压响应尽可能快。I华中科技大学硕士学位论文针对LLC电路闭环限流方法需要额外的电流采样的问题，文章分析了考虑励磁电流影响下的谐振电流峰值、输出电压和开关频率三者之间的关系式，进而提出了基于输出电压实时限制开关频率的无电流采样的闭环限流控制策略，使得在软启动、突加负载过程以及过载工况下的谐振电流峰值均被控制在恒定限流值处，实现了最优的谐振