【摘 要】
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双向CLLC谐振变换器具有效率高、软开关范围宽、输入输出电气隔离等优点,被广泛应用于分布式新能源发电系统、电动汽车充电等领域。随着对设备或装置效率、功率密度的要求日益提高,如何优化CLLC变换器的电路参数设计,如何减小变换器的体积、重量,成为研究的热点与难点。本文首先分析了变频调制CLLC变换器的工作原理,使用基波分析法对变频调制的电压增益特性进行了分析,与仿真结果对比后发现偏离谐振频率越远基波估
【基金项目】
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国家自然科学基金（51977105）； 江苏省自然科学基金（BK20200017）；
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双向CLLC谐振变换器具有效率高、软开关范围宽、输入输出电气隔离等优点,被广泛应用于分布式新能源发电系统、电动汽车充电等领域。随着对设备或装置效率、功率密度的要求日益提高,如何优化CLLC变换器的电路参数设计,如何减小变换器的体积、重量,成为研究的热点与难点。本文首先分析了变频调制CLLC变换器的工作原理,使用基波分析法对变频调制的电压增益特性进行了分析,与仿真结果对比后发现偏离谐振频率越远基波估算误差越大。为此建立了CLLC变换器的时域模型,给出了一种基于时域分析的电路参数优化设计方法。针对变频降压时关断损耗较大的问题,给出了一种基于桥臂中点电压基波同相的双移相调制策略,分析得出其电压增益与负载解耦,降压时副边开关管处于同步整流状态的特性。电路参数设计之后,针对现有的EI磁芯实现方案体积大、中柱损耗大等问题,提出了将两个绕向相反EI磁芯的中柱抵消的两种方案,并对比了两种方案的优劣,最后得到了本文中使用的四柱平面磁芯。接下来给出了四柱磁芯参数的设计思路与设计方法,并针对降频升压时磁密分布不均匀的问题给出了增加边柱的优化方法,并对比了优化前后磁密分布、损耗、电感等仿真结果,充分证明了优化方案的有效性。最后搭建了一台2.2k W的实验样机,给出了开关管的独特金属基板布局,以及PCB绕组的方案选择。测试了典型的稳态与动态波形,绘制了效率曲线,峰值效率接近98%,功率密度达到10.53W/cm~3,实验结果验证了本文优化设计方案的有效与合理性。
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