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随着生活水平提高,人们对生活环境的要求也越来越高,冬季取暖问题被越来越多的人们重视起来。目前常用的取暖材料为电热丝,这种材料发热效率低,供电电压高,而且没有经过安全隔离,具有较高的安全隐患。碳纤维作为一种新型取暖材料具有低电压供电、红外辐射供暖、热效率高、寿命长、节能环保、可塑性强等特点逐渐走向市场。以碳纤维为发热材料的取暖器电源应具有体积小、成本低、高寿命、高效率等特点。根据以上要求综合评估,LLC谐振变换器因其结构简单、效率高、能够在全负载范围内实现零电压开通(Zero Voltage Switching,ZVS)和零电流关断(Zero Current Switching,ZCS)等优点作为室内碳纤维取暖器全数字化电源的主拓扑。为了实现取暖器电源应具有的高寿命、低成本特点,本设计并没有采用带有前级功率因数校正(Power Factor Correction,PFC)单元的PFC+LLC两级结构,而是交流市电经过整流滤波后直接进入LLC谐振变换器,并在输入端采用高寿命的聚丙烯电容(CBB)代替寿命有限的电解电容进行滤波。针对CBB电容容值小,滤波后电压纹波大产生的输入电压范围过宽问题,本电源设计在控制策略上采用了脉冲频率调制(Pulse Frequency Modulation,PFM)与脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation,PWM)相结合的方式,实现在宽输入电压范围的情况下能够达到输出电压稳定。本设计还为电源加入了物联网功能,以实现电源的智能控制。本文首先介绍了碳纤维材料的特点,确定了以LLC谐振变换器作为电源的主电路拓扑,对电源的控制部分和智能控制部分进行了设计。然后通过对变换器的工作过程分析和建模,对电源的主电路进行了设计。采用Pspice软件对PWM+PFM控制策略进行了仿真分析,验证了控制策略的有效性,同时对输入端和输出端的谐波进行了分析。最后根据电源设计和控制算法仿真,采用STM32F103C8T6单片机作为主控芯片制作了一台100W的样机,完成了相关波形和智能控制部分的测试,通过对波形的分析,验证了控制算法和电路设计的合理性。实测输出电压纹波为2V,能够满足取暖器对电压纹波的要求,最高效率为92.26%。