谐振式软开关恒流充电电源研究.pdf

硕士学位论文


谐振式软开关恒流充电电源的研究


RESONANT SOFT-SWITCHING CONSTANT
CURRENT CHARGING POWER SUPPLY



王建新









哈尔滨工业大学
2011 年 6 月
国内图书分类号: 学校代码:10213
国际图书分类号: 密级:公开



工学硕士学位论文


谐振式软开关恒流充电电源的研究






硕士研究生:王建新
导师:杨世彦教授
申请学位:工学硕士
学科:电气工程
所在单位:电气工程及自动化学院
答辩日期:2011 年 6 月
授予学位单位:哈尔滨工业大学
Classified Index:
:



Dissertation for the Master Degree in Engineering



RESONANT SOFT-SWITCHING CONSTANT
CURRENT CHARGING POWER SUPPLY







Candidate: Jianxin Wang
Supervisor: Prof. Shiyan Yang
Academic Degree Applied for: Master of Engineering
Speciality: Electrical Engineering
Affiliation: School of Electrical Engineering
and Automation
Date of Defence: June, 2011
Degree-Conferring-Institution: Harbin Institute of Technology
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
摘要
近年来蓄电池由于具有容量大、功率密度高等优点而被广泛应用于煤矿电
机车、不间断电源等多种领域。充电电源作为蓄电池的能量补给设备与蓄电池
相生相伴,其性能的优劣直接影响蓄电池整体性能。而传统的充电电源开关损
耗大、充电效率低、功率密度低。因此研究高效、高功率密度的充电电源具有
十分重要的意义。
通过分析目前充电电源的研究现状,采用软开关电源拓扑是提升充电电源
效率和功率密度的有效方法,对比研究了常用软开关电源拓扑的优缺点,根据
恒流充电电源的运行特点,确定采用串联负载谐振变换器和半桥 LLC 谐振变换
器两种谐振软开关变换器作为恒流充电电源的主电路拓扑,同时为了实现大功
率输出,对两单元串联负载谐振变换器的交错并联做了进一步研究。
根据充电电源的恒流输出特性要求和串联负载谐振变换器在不同工作方式
下的特点,确定了变换器在谐振电流断续的方式下工作,分析了变换器在该种
工作方式下的工作原理,探讨了实现开关管 ZCS 软开关的条件,并分析了在低
压大电流工作条件下适用于串联负载谐振变换器的整流电路结构。针对串联负
载谐振变换器调频控制的特点,对两单元串联负载谐振变换器交错并联的控制
方式进行了研究,设计了定脉宽调频移相的交错控制方案。对主电路和控制电
路进行了设计,并对两单元串联负载谐振变换器交错并联进行了仿真验证。
分析了半桥 LLC 谐振变换器在两个不同开关频率区间的工作原理,并利用
基波分析法建立了变换器的等效模型,在该模型基础上分析了半桥 LLC 谐振变
换器的电流传输特性和电压增益特性,并结合变换器的输入阻抗特性分析了实
现 ZVS 软开关的条件。在分析结果基础上设计了电路参数,并对其进行了仿真
验证。
通过实验平台的搭建,分别对两单元串联负载谐振变换器的交错并联和半
桥 LLC 谐振变换器进行了实验验证。实验结果表明:串联负载谐振变换器适合
采用全桥整流方式进行整流,两个串联负载谐振变换器单元在交错并联工作状
态下均可以实现 ZCS 软开关,且两单元交错并联效果良好,总输出电流纹波得
到改善;半桥 LLC 谐振变换器在整个工作过程中均可实现 ZVS 软开关,两种
电路拓扑均可在较高的效率下恒流充电。

关键词:串联负载谐振变换器;半桥 LLC 谐振变换器;交错并联;软开关
- I -
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
Abstract
Storage battery has been widely used in mine electrical v