【摘 要】
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电动汽车在使用过程中基本不会产生污染,相比燃烧效率不到50%的燃油发动机,电动机的能量转换效率远超50%,这些优势能够有效地缓解能源枯竭和环境的恶化。充电机作为重要组件,其性能优劣影响着电动汽车的安全和使用成本,因此充电机成为了当前研究的热点之一。研制具有高效率、高功率密度、高可靠性和小体积的高性能电动汽车充电设备对电动汽车行业的健康发展和能源的可持续利用方面具有重要的意义。由于LLC谐振拓扑的软
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电动汽车在使用过程中基本不会产生污染,相比燃烧效率不到50%的燃油发动机,电动机的能量转换效率远超50%,这些优势能够有效地缓解能源枯竭和环境的恶化。充电机作为重要组件,其性能优劣影响着电动汽车的安全和使用成本,因此充电机成为了当前研究的热点之一。研制具有高效率、高功率密度、高可靠性和小体积的高性能电动汽车充电设备对电动汽车行业的健康发展和能源的可持续利用方面具有重要的意义。由于LLC谐振拓扑的软开关范围宽,实现条件较为容易被广泛应用于充电设备的后级DC/DC模块。本课题以全桥LLC谐振变换器作为研究对象,对其实现全负载高效率运行进行了相关研究。首先阐述了全桥LLC谐振变换器的基本拓扑结构和工作过程,分析了其工作原理。通过基波近似法得出了变换器的等效模型,推导出了变换器的直流增益函数,并基于直流增益函数研究了电感比和品质因数对直流增益的影响,通过分析特征阻抗划分了变换器的工作区域,最后根据输入阻抗推导了变换器实现原边开关管零电压导通（ZVS）的必要条件。然后针对电荷控制降压轻载运行时效率降低导致整体效率降低的问题,分析了其产生原因,采用电荷控制与间歇控制组成的混合控制,提升了整体效率,对比了四种间歇控制,选取了最优轨迹间歇控制作为轻载时的控制策略。对混合控制切换点进行了选取,并设计了混合控制的实现方法。针对最优轨迹间歇控制需要实时计算的问题,将电荷控制和最优轨迹间歇控制结合,设计了电荷型间歇控制,解决了第一脉冲需要实时计算的问题。阐述了电荷型间歇控制的工作原理,分析了其阈值计算方法。针对降压轻载输出电压飘升的问题,采用根据电压变化量计算电容容值的方法,限制了输出电压的变化量,给出了计算公式。最后在PSIM仿真软件完成了混合控制的仿真,通过分析仿真结果证明了混合控制的可行性。再次通过第二章的原理结合设计要求对系统的谐振参数进行了设计,根据相关文献设计了变压器和电感的物理参数,选取了功率器件参数和型号,并在此基础上结合控制策略设计了硬件的功率电路,MOSFET驱动电路,电流电压采样电路,选取了TMS320F28335作为主控芯片,软件部分设计了混合控制主程序,PWM调节子程序,ADC采样子程序和数字PID程序。最后完成了一台额定功率为100W的实验样机,将提出的混合控制在此样机上进行了实验,对实验数据进行了具体的分析。实验证明混合控制能够有效系统整体效率提升1.5%,验证了所提混合控制的可行性和有效性。图[58]表[3]参[62]
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