【摘 要】
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汽车产业的迅速发展,加剧了能源危机。电动汽车的出现缓解了这一局面,大功率快速充电系统已成为重要研究方向。采用模块集成构建大功率快充系统是业界比较理想的方案。一般采用
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汽车产业的迅速发展,加剧了能源危机。电动汽车的出现缓解了这一局面,大功率快速充电系统已成为重要研究方向。采用模块集成构建大功率快充系统是业界比较理想的方案。一般采用15kW、20kW和30kW的基础模块进行系统集成,基础模块的性能将直接影响到整个快充系统的性能,本文研究了 15kW 基础模块的结构、控制与效率优化等问题。 15kW 基础模块拓扑采用全桥 LLC 谐振电路,其实现软开关的核心为谐振网络。谐振网络主要由励磁电感Lm、谐振电感Lr及谐振电容Cr组成。通过谐振网络的谐振实现开关管ZVS、次级整流二极管ZCS功能,从而降低功率管的开关损耗。论文分析了不同频率区间内全桥LLC谐振的工作原理,对LLC谐振网络建立数学模型,分析出电压增益与谐振网络串联等效阻抗的关系。通过MATLAB仿真分析出变换器谐振频率与电压增益的关系,得出谐振网络的阻抗特性是电路能否实现软开关的关键。完成变压器及谐振网络等磁性元件的参数设计和相关器件选型。 为解决全桥LLC电路轻载电压增益失真的问题,本文采用一种混合控制模式,即电路在轻载时选择移相全桥(PSFB)模式,在额定功率和重载时选择LLC谐振模式。传统 PID 控制,系统动态响应慢,尤其在轻载时问题更突显。所以本文提出了全桥LLC电路的混合模糊控制策略,即电压外环采用动态性能更优的模糊PID控制器,而主电路工作模式根据负载的具体情况在LLC模式和PSFB模式之间平稳过渡,混合模糊控制器可实现软开关,是一种在全负载范围内的动、静态调节性能优良的控制器。 通过 Saber 仿真软件对设计的变压器及谐振网络参数进行仿真,对关键点电压、电流的波形进行分析,验证了 LLC 谐振网络及变压器参数可以实现 ZV-ZCS性能。完成主电路、驱动电路、采样及保护电路的原理图及PCB绘制工作,搭建实验样机进行实验验证。通过实验波形与仿真波形对比证明:本文提出的模糊混合型全桥LLC电路可在全负载内实现ZV-ZCS性能,降低功率管的开关损耗,提高电源效率,改善EMI特性。
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