基于Boost+LLC谐振变换器的多模块输入串联输出并联系统研究

输入串联输出并联(Input-Series Output-Parallel,ISOP)变换器具有降低每个模块电压应力和便于模块化设计的优点,在高压输入低压输出的中大功率场合得到了广泛应用。本文主要研究以Boost+LLC谐振变换器为基本模块的ISOP系统的参数设计和控制方法。在Boost+LLC谐振变换器中,让LLC谐振变换器定频工作,利用Boost变换器调节输出电压。本文分析Boost变换器和LLC谐振变换器的工作原理,并对其参数进行设计。揭示了通过合理设计LLC谐振变换器参数,不仅可以使LLC谐振变换器在全负载范围内实现零电压开关(Zero-Voltage-Switching,ZVS),而且还可以使其呈现出直流变压器的特性,即输入输出电压之比接近变压器匝比n,而受负载变化很小。本文对Boost+LLC谐振变换器进行小信号建模,利用基波近似法推导出LLC谐振变换器的小信号模型,并利用戴维宁和诺顿支路等效变换法对其进行简化。在此基础上,推导出LLC谐振变换器的小信号模型表达式,为调节器设计奠定了理论基础。由于Boost变换器的右半平面零点和LLC谐振变换器拍频特性的影响,系统带宽较低,动态响应较慢。为此,本文提出比例积分(Proportional-Integral,PI)调节器加超前校正器的调节器设计方法。为了抑制输入电压扰动对输出电压的影响,本文提出输入电压前馈控制策略,并推导出输入电压前馈函数。本文还对ISOP系统的输入均压和输出均流进行分析,由于LLC谐振变换器所呈现出的直流变压器特性,以Boost+LLC谐振变换器为基本模块的ISOP系统能够自动实现输入均压和输出均流。在实验室搭建了一台由两个6k W Boost+LLC谐振变换器组成的ISOP系统原理样机,实验结果验证了理论分析的正确性。