【摘 要】
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受益于电动汽车行业的快速发展,车载充电机（On Board Charger,OBC）市场保有量迅速增加。作为车载充电机重要组成部分的DC/DC变换器需要具有超宽电压调节范围和高效运行的能力。目前国内两级式DC/DC变换器虽具有宽电压调节范围,但运行效率低,限制了其应用场合。针对提高车载充电机的DC/DC变换器运行效率这一关键技术问题,对CLLC谐振变换器+BUCK电路两级式结构的每一级效率优化分别
【基金项目】
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深圳市科技计划项目（编号:JSGG20190823144607320）；
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受益于电动汽车行业的快速发展,车载充电机（On Board Charger,OBC）市场保有量迅速增加。作为车载充电机重要组成部分的DC/DC变换器需要具有超宽电压调节范围和高效运行的能力。目前国内两级式DC/DC变换器虽具有宽电压调节范围,但运行效率低,限制了其应用场合。针对提高车载充电机的DC/DC变换器运行效率这一关键技术问题,对CLLC谐振变换器+BUCK电路两级式结构的每一级效率优化分别展开研究,最终将两级变换器的峰值效率提高到97%。本文的主要研究内容如下:分析了前级CLLC谐振变换器的工作原理,包括欠谐振状态与准谐振状态的工作机理。基于电容充放电原理对CLLC谐振变换器的软开关条件进行了修正,修正后允许选取更大的变压器励磁电感,继而减少励磁电流。在保证实现零电压开通（Zero-Voltage Switching,ZVS）的同时,减少开关管的关断损耗,提高了效率。建立了CLLC谐振变换器小信号模型,得到了输入电压与输出电压之间的传递函数。在准谐振工作模态下,推导出变换器的总损耗与死区时间的函数关系式,并绘制了相应的曲线,得到总损耗最低时对应的死区时间,使得CLLC谐振变换器的理论峰值效率可以达到98.1%。为使得后级BUCK电路高效率运行,在分析其基本工作原理的基础上,对电路的损耗进行理论分析与计算,归纳出总损耗与开关频率的关系。根据占空比、电路总损耗及开关频率之间函数关系绘制出三者的曲线图,并且利用曲线拟合工具得到损耗最低时占空比与开关频率的函数表达式,利用此函数关系式可以获得当前占空比下工作效率最高的开关频率。最后由数字控制器调节占空比实现电压闭环,根据函数关系计算开关频率完成最大效率跟踪。为验证上述方案的正确性,对两级式变换器的效率进行了理论计算,并搭建了3.3 k W实物样机进行实验验证。样机设计过程包括主电路相关元件参数计算和功率器件选型。最终两级变换器的实测效率达到了97%,验证了本文理论分析的正确性和实际方案的可行性。
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