【摘 要】
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近50年以来,科技发展迅速,人民生活已进入工业4.0时代。为了满足对电能的需求,电力电子技术的未来研究方向将朝着更高频化、模块化、集成化的方向发展。一方面,谐振变换器因为具有软开关特性,能够良好的抗开关短路与断路功能,在高频化、高功率密度的开关电源中具有重大作用,其中,LCC谐振变换器重点应用在恒流源与恒流驱动、无线直流充电等领域中。另一方面,开关电源中由于其分立的无源元件过多,势必会占用大量空间
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近50年以来,科技发展迅速,人民生活已进入工业4.0时代。为了满足对电能的需求,电力电子技术的未来研究方向将朝着更高频化、模块化、集成化的方向发展。一方面,谐振变换器因为具有软开关特性,能够良好的抗开关短路与断路功能,在高频化、高功率密度的开关电源中具有重大作用,其中,LCC谐振变换器重点应用在恒流源与恒流驱动、无线直流充电等领域中。另一方面,开关电源中由于其分立的无源元件过多,势必会占用大量空间,同时,开关电源在高频环境下工作时会产生的寄生参数,这些寄生参数会增加电路损耗,电路的功率密度也会随着损耗的增大而降低。为了进一步提高开关电源装置的功率密度,减少高频寄生参数对电路的损耗影响,本课题研究利用无源元件集成技术,并以LCC谐振变换器为例,通过特定集成方式将谐振回路中的无源元件集成,制作集成装置模型样机,通过实验验证设计的可行性。首先,论文依据现代电力电子技术领域,总结了开关电源的发展现状与趋势,LCC谐振变换器以及其在恒流源领域中的重要作用,包括LCC谐振变换器的电路拓扑、工作原理以及运行模式;分析了无源元件集成技术在国内外的发展现状,主要介绍了平面印制电路板集成技术和柔性多层带材集成技术,并比较两种技术的各自的优势以及应用前景。其次,针对具有共模电感的双向耦合式LCC谐振变换器中分立的无源元件过多会导致占用大量体积从而降低开关电源的功率密度的问题,采用柔性多层带材集成技术对电路的谐振回路中的储能元件进行集成,给出了集成单元的结构示意图、磁通密度分析、设计步骤以及计算参数等;此外,根据所设计集成单元参数制作集成装置样机,并在Maxwell仿真平台上进行了多种磁路仿真实验以验证所设计的基于LCC谐振变换器的无源元件集成装置的可行性。然后,依据柔性多层带材集成技术,建立分布式电磁元件单元模型,分析基于LCC谐振变换器的无源元件集成装置中寄生参数的产生与分布,对设计的样机进行损耗分析,并提出减少寄生参数的方法。最后,验证基于LCC谐振变换器的集成装置在恒流源领域中的输出电流控制的稳定性,在Matlab/Simulink平台上建立了仿真模型,设计采用PI闭环控制与滞环控制相结合的方式,采用脉冲频率调制方式控制输出电流,并分别在固定PI参数与自整定PI参数情况下进行了仿真实验对比,验证基于LCC谐振变换器的集成装置输出电流的稳定性。
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