摘要
随着电动汽车的广泛应用，如何高效安全地给动力电池充电成为了一个重要问题。其中，通过车载充电机(On-board Charger,OBC)进行充电的方式由于其方便、高功率密度的特点受到了广泛关注。两级式OBC拓扑结构由前级AC/DC变换器和后级DC/DC变换器构成。为了实现中大功率高效充电，前级AC/DC变换器可采用单相三电平拓扑，实现功率因数校正和直流链路电压调节功能；后级DC/DC变换器宜采用LLC谐振拓扑提高效率，调节充电模式。对前后级拓扑的优化调制和控制策略的研究具有重要意义。 本文以中大功率两级式OBC为研究对象，分别对前级单相三电平变换器和后级LLC变换器的控制策略进行研究，以提高整体充电性能。主要包括：临界导通模式下单相三电平变换器变开关频率调制，单相三电平变换器效率优化控制，LLC变换器暂态优化控制。 首先，研究了单相三电平变换器效率优化控制策略。单相三电平变换器采用传统恒定导通时间控制策略时，系统开关频率变化范围较宽，开关管的开关次数增加，降低了变换器效率。根据单相三电平变换器的九种开关状态，提出一种优化的开关顺序控制策略，减缓一个开关周期内电感电流的下降速率，减小每个开关器件的平均开关频率和平均开关次数，因而减小开关器件的开关损耗，提高系统效率。仿真结果表明在这种控制策略下，三电平变换器在满足交流侧电流谐波标准的同时，在全负载范围内平均效率提高了1.2%。 其次，设计了后级LLC变换器的系统参数。基于LLC变换器基本工作原理，分析了过谐振、欠谐振和完全谐振时的等效电路，通过基波分析法建立LLC变换器的直流电压增益模型。首先确定变压器变比、电压增益范围；然后根据系统不进入容性区域为边界条件，得到谐振电感、励磁电感、谐振电容参数，并设计了谐振电感和励磁电感的磁性元件；最后建立120W仿真及硬件平台，验证本文所设计的参数满足应用需求。 最后，研究了后级LLC变换器的软启动优化控制策略。针对LLC变换器的软启动过程，在时域内通过数值模型将一个开关周期内的软启动过程分成四个模态。分析在启动中要实现软开关的临界条件，通过迭代得到每个模态的持续时间，从而确定初始启动频率与初始占空比。通过理论计算结果、仿真结果以及实验结果的对比，本文研究的基于数值模型的LLC变换器软启动策略可以减小电流过冲，同时保证变换器在整个软启动过程中不丢失软开关特性。
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