【摘 要】
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“碳达峰”和“碳中和”的战略发展目标,对能源的绿色化、低碳化转型提出了新的要求。因此,现代社会对高功率密度且高电能转换效率的AC/DC变换器的需求不断增高。本文针对现有两级式变换器的不足,研制了一款基于氮化镓器件的数字控制两级式AC/DC变换器,前级采用图腾柱无桥PFC拓扑,后级采用半桥LLC拓扑。所设计的变换器具有高频高效和软开关运行等优势。首先,本文对基于氮化镓器件的同步整流型图腾柱无桥PFC
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“碳达峰”和“碳中和”的战略发展目标,对能源的绿色化、低碳化转型提出了新的要求。因此,现代社会对高功率密度且高电能转换效率的AC/DC变换器的需求不断增高。本文针对现有两级式变换器的不足,研制了一款基于氮化镓器件的数字控制两级式AC/DC变换器,前级采用图腾柱无桥PFC拓扑,后级采用半桥LLC拓扑。所设计的变换器具有高频高效和软开关运行等优势。首先,本文对基于氮化镓器件的同步整流型图腾柱无桥PFC变换器进行了模态分析与数学建模,完成了调制方式的确立和控制系统的设计。根据变换器指标,完成了主电路参数设计与选型,并基于Simulink平台完成了PFC电路及其控制系统的仿真验证。其次,本文基于模态分析和基波分析法,对LLC谐振变换器的工作原理和电路增益特性进行了研究,完成了基于PFM方式的控制系统设计。为解决电路启动瞬间,冲击电流过大的问题,提出一种将PWM与PFM方式相结合的改进型混合模式软启动控制策略。使用间歇性控制策略,提高了LLC电路的增益调节范围。通过同步整流技术的引入,降低了次级侧整流网络的器件损耗。根据变换器指标,进行了主电路的参数设计与选型,并完成了其仿真验证。再次,本文完成了对EMI滤波电路、硬件软启动电路、驱动电路和采样电路的设计。提出了一种将二阶广义积分法与IIR滤波器相结合的滤波算法,保证了采样的准确性和抗扰性。基于STM32F407控制芯片,完成了两级式AC/DC变换器的数字控制系统设计。最后,搭建了一台满载效率为93.4%的200W变换器样机并进行实验分析,验证了本文所设计的两级式AC/DC变换器及其控制策略的正确性。
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