【摘 要】
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宽增益DC/DC变换器在新能源发电系统、电动汽车和通信电源等领域都有广泛的应用,LLC谐振变换器因其具有良好的软开关特性,较高的工作效率和控制简单等优点,成为实现宽增益DC/DC变换的首选拓扑。本文针对传统LLC谐振变换器电压增益范围窄,不能很好的适应宽电压增益的要求,从多元件谐振的角度考虑,提出了一种基于Triple-LC拓扑结构的多谐振变换器,其具有电压增益范围宽、工作效率高和控制简单等优点。
【基金项目】
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国家自然科学基金,支撑混合微电网三相不平衡电压与直流脉动电压统一补偿的双向AC/DC变换器研究,51807130； 山西省重点研发计划, 基于碳化硅器件的低压直流电力电子变换器关键技术与示范,202102060301012； 山西省高等学校科技创新项目, 面向社区能源互联网的模块化电能路由器基础理论研究,2020L0065；
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宽增益DC/DC变换器在新能源发电系统、电动汽车和通信电源等领域都有广泛的应用,LLC谐振变换器因其具有良好的软开关特性,较高的工作效率和控制简单等优点,成为实现宽增益DC/DC变换的首选拓扑。本文针对传统LLC谐振变换器电压增益范围窄,不能很好的适应宽电压增益的要求,从多元件谐振的角度考虑,提出了一种基于Triple-LC拓扑结构的多谐振变换器,其具有电压增益范围宽、工作效率高和控制简单等优点。本文的主要工作内容如下:首先,介绍宽增益DC/DC变换器的应用背景,并给出宽增益谐振变换器的研究现状。其次,介绍所提出的Triple-LC多谐振变换器拓扑结构,并详细分析该变换器的工作原理。利用基波分析法,建立Triple-LC多谐振变换器的等效数学模型,并对变换器的谐振频率、电压增益和输入阻抗进行详细分析。相较于传统LLC谐振变换器,Triple-LC不仅具有很宽的电压增益范围,而且能同时传递基波和三次谐波功率,在保证宽电压增益的同时提高变换器的工作效率。再次,分析Triple-LC的各谐振参数对电压增益、输入阻抗和工作效率的影响,在此基础上,给出500W Triple-LC多谐振变换器样机参数设计流程,并对主电路关键元器件及控制电路进行设计和选型。最后,搭建基于Triple-LC拓扑结构的多谐振变换器仿真模型和实验平台,并对变换器满载、轻载、动态响应和软启动等工况进行仿真及实验,结果表明:所提变换器可在不同输入电压和负载条件下满足宽电压增益要求,实现原边功率开关管的零电压导通,变换器具有良好的软启动和负载短路保护性能。
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