两级式LLC谐振变换器的并联均流特性研究

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输入并联输出并联组合变换器可以降低模块的电流应力,便于模块化设计,已广泛应用于低压大功率场合。两级式LLC谐振变换器凭借非隔离型DC/DC变换器宽电压调节的优势,LLC谐振变换器可定频工作于谐振点附近,在宽输入电压下能够维持很高的效率,是十分有发展潜力的拓扑结构。本文主要围绕两级式LLC谐振变换器多模块并联系统的均流问题展开研究。首先介绍了两级式LLC谐振变换器的拓扑结构:非隔离型DC/DC变换器作为调节器,稳定输出电压;LLC谐振变换器定频工作,承担电气隔离的工作。在低压大电流场合以Boost+LLC谐振变换器为例详细分析其工作原理。在此基础上,给出了Boost+LLC谐振变换器的参数设计方法,所设计的参数保证了LLC谐振变换器呈现直流变压器(DC Transformer,DCX)特性,并且两级式变换器的总体损耗最小。对于两级式LLC谐振变换器组成的并联系统,后级LLC-DCX开环运行,调节能力有限,谐振参数误差会在并联模块之间产生不平衡电流,系统无法正常工作。针对此现象,采用状态空间平均和基波等效分析的方法建立了并联系统的均流模型,引入电流不平衡度指标并对Boost+LLC-DCX变换器的均流特性进行了系统分析。考虑元件寄生电阻参数后对均流模型进行修正,基于修正模型进一步揭示了寄生电阻、谐振参数、输入电压、输出负载对两级式LLC谐振变换器并联均流特性的具体影响。在均流模型的基础上,提出了一种基于虚拟电阻的并联均流控制策略。通过在前级变换器中串接可调电阻重构模块的输出特性,接着引入相应的电流反馈从控制角度实现串联虚拟电阻。详细设计了电感电流反馈系数和电压闭环参数,显著改善了并联系统的均流效果。最后,在实验室搭建了由两个1-k W Boost+LLC-DCX变换器构成的并联实验平台,实验结果表明均流模型准确可靠,均流控制策略的作用效果显著。
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