【摘 要】
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随着国家“双碳”目标的达成需要新能源发电技术的强力支撑,蓄电池储能变换器是新能源发电和微电网的核心接口电路。本文针对LLC谐振变换器传统PFM(频率)调制方式变换器工作范围较窄问题,采用PFM与PSM(移相)混合调制提升手段;基于扩展描述函数法分别建立了 PFM与PSM调制模式下的传递函数;针对PSM控制方式下小信号模型建立困难的现状,推导了小信号模型以提供参考,提出了 LLC谐振变换器PFM与P
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随着国家“双碳”目标的达成需要新能源发电技术的强力支撑,蓄电池储能变换器是新能源发电和微电网的核心接口电路。本文针对LLC谐振变换器传统PFM(频率)调制方式变换器工作范围较窄问题,采用PFM与PSM(移相)混合调制提升手段;基于扩展描述函数法分别建立了 PFM与PSM调制模式下的传递函数;针对PSM控制方式下小信号模型建立困难的现状,推导了小信号模型以提供参考,提出了 LLC谐振变换器PFM与PSM混合调制自适应PI控制策略,实现变换器宽输入电压范围并且提升变换器效率。本文主要工作可总结为以下4个方面。(1)LLC谐振变换器工作原理和增益特性分析针对LLC谐振变换器开关模态分析,运用基波分析法分析了 LLC变换器在PFM模式下的稳态特性,首先对PFM调制模式下欠谐振、临界谐振和过谐振等不同工作模态进行了分析,并以欠谐振工作模态作为模型进行了详细的推导,对其增益特性曲线进行绘制并分析;其次对PSM调制模式下半周期内五个工作模态进行公式推导,通过分析每种模态下占空比与各个变量之间的关系得到电压增益关于占空比的隐函数方程。(2)PFM与PSM调制模式建模对于PFM调制模式,基于扩展描述函数法建立了 LLC谐振变换器的小信号模型,并通过扫频法对其进行校验;对于PSM调制模式,将扩展描述函数法建模引入PSM调制模式下的LLC谐振变换器建模,通过将谐振电容小信号模型等效串联电感,最终得到其小信号模型,并运用MATLAB扫频验证PFM与PSM控制方式的传递函数的准确性。(3)分段式和连续式PFM与PSM调制模式自适应PI控制策略根据分立PFM与PSM调制模式下不同的传递函数设计了 PFM与PSM混合自适应PI控制器,提出了基于开关函数的分段式自适应PI控制策略和基于增益函数的连续函数式自适应PI控制方法,使PFM调制模式与PSM调制模式之间根据负载变化自适应切换且输出电压保持稳定。(4)仿真与实验进行仿真和实验平台的搭建,验证所提出的PFM与PSM混合控制自适应PI控制策略能够实现变换器的输入电压宽范围运行,并且能够实现PFM调制模式与PSM调制模式之间进行自适应切换,对变换器在PFM调制方式和本文所提混合自适应调制策略下的效率进行比较,验证本文的混合自适应调制策略能够显著有效的提高变换器效率。本文针对传统PFM调制方式变换器工作范围较窄和空载时不易调压且效率较低等问题,提出了 LLC谐振变换器PFM与PSM混合调制自适应PI控制策略,通过仿真与实验验证结果表明在宽输入电压范围下最高效率可达约94.5%。
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