高功率因数LLC谐振变换器研究

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通信电源通常采用两级式电路结构,前级多为Boost PFC电路用来提高变换器的输入功率因数,后级多为LLC谐振变换器电路用来提高设备的效率和功率密度。为了满足通信电源高功率因数和降低输入电感电流纹波的要求,本设计前级采用交错并联Boost PFC电路代替传统Boost PFC电路进行整流,由于LLC谐振变换器具有强非线性和难以获得精确数学模型的特点,致使传统PI控制无法得到良好的控制性能。但通信电源在工作过程中常处于负载突变的工况,所以必须要求其后级具有良好的控制性能,因此需要对LLC谐振变换器新的控制策略进行研究。本文首先对交错并联Boost PFC电路工作原理和特性进行了分析,研究了交错并联Boost PFC电路控制方法和实现方式,建立了其电路小信号模型,同时对交错并联Boost PFC电路电压外环和电流内环PI控制器进行了设计。其次对全桥LLC谐振变换器的不同工作模式进行了详细分析。利用基波等效分析法对全桥LLC谐振变换器进行了稳态建模,分析了其电压增益函数和输入阻抗特性,讨论了变换器原边开关MOS管实现ZVS的条件,对变换器谐振参数进行了设计,利用扩展描述函数法建立LLC谐振变换器小信号系统模型,得到了LLC谐振变换器控制-输出的传递函数,根据传递函数设计PI控制器进行校正。然后针对传统PI控制器在LLC谐振变换器系统控制中存在的不足,本文在研究模糊控制、神经网络控制和变论域原理基础上设计出一种变论域模糊神经PI控制器,即在模糊控制的基础上通过引入神经网络对模糊隶属度函数的分布进行优化,同时通过引入变论域伸缩因子来提高模糊规则的利用率。给出了变论域模糊神经PI控制器设计步骤和方法。最后在MATLAB中分别搭建了前级交错并联Boost PFC电路的仿真模型和后级全桥LLC谐振变换器的仿真模型。仿真结果表明,基于平均电流控制的交错并联Boost PFC电路输入功率因数PF≥0.99,输出电压具有较好的稳定性,合成电感电流纹波与单一电感电流纹波相比明显降低。全桥LLC谐振变换器的原边开关管可以实现ZVS、副边整流二极管可以实现ZCS。通过全桥LLC谐振变换器分别在传统PI控制、模糊PI控制、模糊神经PI控制和变论域模糊神经PI控制下负载突变仿真时变换器的输出电压电流波形表明,本文设计的变论域模糊神经PI控制效果优于传统PI控制、模糊PI控制和模糊神经PI控制。
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