LCC諧振變換器的解析建模與分析.pdf

1、高頻化運行是電力電子變換器實現(xiàn)高功率密度和高集成度的重要途徑。諧振變換器具有良好的軟開關(guān)優(yōu)勢，可以借助自身電路環(huán)境實現(xiàn)器件的零電壓開關(guān)或零電流開關(guān)，有利于降低變換器的損耗。而LCC諧振變換器兼顧了二元件諧振變換器各自的優(yōu)點，具有抵抗負載開路和短路、兼容變壓器寄生參數(shù)的能力，是一種常見的用來實現(xiàn)高壓直流電源的電路結(jié)構(gòu)。本文分析比較了當(dāng)前建模方法應(yīng)對變換器非線性特性的不足和精確建模所需要解決的關(guān)鍵性問題，提出了利用狀態(tài)空間法迭代求解實現(xiàn)變換

2、器不同電流模式下精確建模及開關(guān)特性分析的思路，為變換器的設(shè)計和控制提供了較精確的模型基礎(chǔ)，主要工作如下：
　　針對LCC諧振變換器在不同頻率下的響應(yīng)特點，分析給出了以逆變橋和整流橋?qū)ǚ较驗橐罁?jù)的諧振變換器拓撲等效的一般性步驟，推導(dǎo)在不同拓撲下系統(tǒng)的狀態(tài)方程和狀態(tài)變量的表達式，分析了逆變橋不同結(jié)構(gòu)和諧振元件初始儲能對狀態(tài)變量響應(yīng)軌跡的影響；分析了開關(guān)周期內(nèi)能量傳遞的過程，并在穩(wěn)態(tài)電壓恒定的基礎(chǔ)上提出了諧振回路與負載側(cè)能量平衡的數(shù)學(xué)

3、描述。
　　針對較低開關(guān)頻率下的零電流開關(guān)運行，研究了LCC諧振變換器在斷續(xù)電流模式下的工作過程及數(shù)學(xué)描述：提出了根據(jù)輸出電壓范圍判斷變換器等效拓撲交替序列的依據(jù)。在等效拓撲的狀態(tài)空間方程基礎(chǔ)上，利用迭代法推導(dǎo)了諧振電流、諧振電壓及負載側(cè)整流電流與輸出電壓間的解析表達式。根據(jù)該表達式分別推導(dǎo)了諧振電流正負半波持續(xù)時間及總響應(yīng)時長，并提出了滿足零電流開關(guān)的最優(yōu)驅(qū)動脈寬概念及相應(yīng)的配置原則；建立了負載與開關(guān)頻率對輸出電壓的共同作用關(guān)系

4、，分析了串并聯(lián)電容比對輸出電壓增益的影響。通過數(shù)字仿真和實驗的方式驗證了解析模型的正確性。
　　針對較高開關(guān)頻率下的零電壓開關(guān)運行，研究了LCC諧振變換器在連續(xù)電流模式下的工作過程及數(shù)學(xué)描述：通過驅(qū)動信號閉鎖時刻與負載整流器導(dǎo)通時刻的相互關(guān)系，確定了變換器等效拓撲的交替序列，推導(dǎo)了不同序列下諧振電流和諧振電壓的相互作用關(guān)系；針對穩(wěn)定感性運行兩種特解情況，求得了開關(guān)頻率、負載、輸出電壓增益三者的映射關(guān)系，將特解推廣到一般情況分別得到

5、了不同交替順序下變換器的約束方程，給出了以虛擬角度定義域分析為基礎(chǔ)的方程求解過程；分析指出了變換器出現(xiàn)連續(xù)電流容性運行的原因及條件，提出了嚴(yán)格意義上滿足變換器連續(xù)電流感性運行的開關(guān)頻率和負載變化范圍；總結(jié)歸納了連續(xù)電流模式變換器穩(wěn)態(tài)求解的一般性過程，得到了變換器在連續(xù)電流模式不同序列下的精確電壓增益曲線，分析了開關(guān)頻率和負載品質(zhì)因數(shù)對增益的影響趨勢，驗證了所得數(shù)學(xué)模型具有較高精確度的特點；提出了滿足開關(guān)器件零電壓開關(guān)的驅(qū)動信號占空比范圍