基于简化轨迹优化控制的高频数字化LLC谐振变换器研究.pdf

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1、硕士学位论文基于简化轨迹优化控制的高频数字化LLC谐振变换器研究RESEARCHONHIGHFREQUENCYDIGITALLLCRESONANTCONVERTERBASEDONSIMPLIFIEDOPTIMALTRAJECTORYCONTROL李彬齐哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TM46学校代码：10213国际图书分类号：621.3密级：公开工程硕士学位论文基于简化轨迹优化控制的高频数字化LLC谐振变换器研究硕士研究生：李彬齐导师：张相军副教授申请学位：全日制工程硕士学科：电气工程所在单位：电气工程及自动化学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨

2、工业大学ClassifiedIndex:TM46U.D.C:621.3DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONHIGHFREQUENCYDIGITALLLCRESONANTCONVERTERBASEDONSIMPLIFIEDOPTIMALTRAJECTORYCONTROLCandidate：LiBinqiSupervisor：AssociateProf.ZhangXiangjunAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：Electrica

3、lEngineeringAffiliation：Dept.ofElectricalEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要能源枯竭问题令节能环保型汽车得到更多关注，而且汽车电源的设计是目前电动汽车研究的关键环节。由于汽车电源对电源的功率密度、效率、可靠性和动态特性方面要求较高，采用新型器件的高频高功率密度的数字控制电源是目前汽车电源的发展趋势。LLC谐振拓扑具有输入电压范围宽、全负载范围软开关、易

4、于磁集成等优点，是汽车电源的理想拓扑。本文结合汽车电源特点对高频化数字控制LLC谐振变换器进行研究，具体内容包括：本文分析了LLC拓扑结构的工作原理，研究断续模式下LLC电压增益特性，总结参数设计方法，提高参数设计精度。讨论断续模式下变换器实现软开关条件，并提出励磁电感值的优化选择方法，降低系统无功电流和关断损耗。采用扩展描述函数法对LLC谐振电路进行建模分析，分析了系统传递函数和零极点分布情况。利用数字控制器方法设计4P2Z补偿器,使系统稳态特性和动态特性满足要求。针对电动汽车电源负载突变较多的情况，本文采用状态平面轨迹对LLC电路进行理论分析。通过对输出电流突变量检

5、测计算开关管脉宽调节量，使系统快速达到新的稳态，提高系统的动态特性。针对常规启动方案中谐振电流震荡剧烈问题，基于轨迹优化控制提出启动策略，对谐振腔电流设置动态限幅，优化变换器的启动性能。为降低变换器成本，通过查表法和线性拟合法简化轨迹优化控制的计算量和运算复杂度，减小数字延迟在高频变换器中产生的不良影响，在DSP中实现系统的数字化闭环控制。最后设计并搭建了满载功率300W工作频率500kHz左右的实验样机进行测试，实验结果与理论分析和仿真结果一致，验证了所提方案的正确性。实验样机在各工作模式下可以实现软开关，最高效率可达96%。负载切换实验结果表明，在数字控制器中使用简

6、化轨迹优化控制策略后系统动态响应速度显著提高，启动阶段谐振电流在设置的限幅范围内，证明了控制方案的有效性。关键词：LLC谐振变换器；数字控制；电流断续模式；软开关特性；轨迹优化控制-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractTheenergyissuehasbroughtmuchattentiontoenergy-savingandenvironmentally-friendlyvehicles,andthedesignofpowersupplyisakeyfactorinthecurrentresearchofelectricvehicles.Electric

7、vehiclepowersupplieshavestrictrequirementsinpowerdensity,efficiency,reliabilityanddynamiccharacteristic,digitalhigh-frequencyhigh-powerdensityswitchingpowersupplywithnewpowerdevicesisthecurrentdevelopmenttrend.TheLLCresonanttopologyhasadvantagesofwideinputvoltagerange,ful