数字控制LLC谐振全桥变换器的研究

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开关电源多采用分布式系统结构,因其可靠性高、损耗低、体积小等优势被广泛采用。开关电源分布式系统一般有三级构成,第一级为功率因素校正(PFC),第二级为DC-DC变换器,第三级为具有导向功能的DC-AC变换器。开关电源中的第二级DC-DC变换器是整个电源的核心部分,实现调节输出电压大小的作用。为了减小电源的体积和重量,高频化、高功率密度、高效率已成为DC-DC变换器的一种发展趋势。传统变换器的功率开关器件工作在硬开关状态下,开关频率的升高增加了器件的开关损耗,降低了变换器的效率,不利于开关的高频化。LLC谐振变换器能够利用谐振元件使谐振回路中的电压周期性地过零点,实现零电压开关,降低了开关管的损耗,提高了变换器的效率。LLC谐振变换器适合高电压、宽输入场合,高频化、高功率密度、损耗低等优势使得LLC谐振全桥变换器在电气领域得到了广泛应用。负载和输入电压变化导致输出电压波动,LLC谐振全桥变换器根据实际输出自动变频调整或者移相调整调节输出电压,起到稳定输出电压的作用。本文基于LLC谐振全桥变换器的诸多特点,使用LLC全桥变换器来调节输出电压大小。通过比较选取了一种较为合理有效的数字控制方案,该方案以DSP+CPLD作为控制单元,设计了基于DSP+CPLD的LLC谐振全桥变换器的控制电路,并采用移相和调频相结合的混合控制策略,即变换器工作中移相和调频两种模式能平稳地切换和过渡。工作中变换器根据给定电压参考值调整电压输出,选择性地工作在调频模式或者移相模式下,实现了输出电压在全范围内任意可调。最后,完成了一台输入为DC 620(1±2.5%)V,输出为DC 400V/2694W的LLC谐振全桥变换器原理样机的设计和调试工作。仿真波形和实验结果验证了理论分析的正确性、设计的合理性、控制方案的有效性。
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