高频LCC谐振变换器的拓扑和控制特性研究

来源 :上海电力大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:suifengangle
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随着可再生能源在电力系统中的比例不断提高,例如风力发电、光伏发电等已成为未来能源的发展趋势。尽管电力系统的类型仍以交流系统为主,但目前已有交流向直流发展的趋势以及电网中电力电子装备的比例不断提高,提高能源利用率是当下急需解决的问题。光伏发电模块组件产生相对较低的直流电压,在给负载有效供电之前,需要使用直流变换器来提高和稳定组件的输出电压。由于光伏资源的间歇性,输出电压随天气条件而变化,理想的变换器应在不同条件下具有快速响应、稳定的输出。因此,控制和调整输出电压至关重要。随着功率需求的不断增加,变换器将保持非常高的输入电流。这种高电流会给现有拓扑带来许多设计挑战,例如元件电流应力和功率损耗大、复杂且昂贵的磁性元件设计、输入电流纹波大等。为了应对这些挑战,需要一种新型高频开关器件和高频磁性元件。碳化硅(SiC)功率器件具有比硅(Si)器件低得多的栅极电容,其导通电阻与硅器件类似,这使得它非常适合开关变换器中的高频操作,从而在功率密度、成本和系统体积上具有显著的优势。MnZn铁氧体磁芯具有许多优点:电阻率高、非常低的涡流损耗、工作频率范围宽,适用于频率范围从1kHz-1GHz的工作环境。本论文的研究目标是基于SiC的高频LCC谐振变换器的拓扑和控制特性研究,针对变频控制下的LCC谐振变换器存在的软开关易丢失、重载谐振电流大、谐振参数选取复杂和变压器制作困难等问题,提出一种带有宽输出范围的高频、高效LCC谐振变换器参数优化设计方法,采用改进基波分析法得到谐振参数与导通角、输入阻抗角和开关频率的关系曲线,以此选择谐振参数。在磁芯结构选型中,采用部分交错结构增加原边和副边的耦合,降低寄生电容和漏感,减小损耗。平面变压器的设计流程可用于指导实际不同规格的变压器设计。所提变换器具有输出电压宽、电压应力低和软开关的特性,适用于高频、宽输出及大功率场合。最后,在PSIM中进行了仿真,验证了电路的工作原理和理论分析。搭建了一台400V~800V输出、输出功率500W的样机,满负荷时最高效率可达96%,整体效率进一步提高。实验结果和理论分析有很好的一致性,验证了所提该谐振变换器理论分析和参数设计的正确性。
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