本文研究了一种改进型PWM调制策略，变换器在正向和反向工作时分别采用不同的PWM调制方式，并且开关频率固定，可实现宽电压增益范围。对电路原理、工作状态和软开关特性进行详细分析，并完成了系统软硬件的设计。

1绪论

1.3.2调制策略研究现状

文献[39-41]研究了一种变频-移相调制策略，在变频调制下具有升压能力、在移相调制下具有降压能力，拓宽了电压增益范围。相比于仅仅使用变频调制策略，减小了频率变化范围，但是实现模式切换所需的控制电路设计复杂。

文献[42-44]中对定频移相调制策略展开研究，具有开关频率固定、控制电路简单、磁性元件容易设计等优点。移相调制能够在较宽范围内调节变换器的电压增益，但是随着输入电压范围变大，移相角增大，滞后桥臂容易失去ZVS，使变换器损耗增加，效率降低。文献[45]提出了一种新的基于移相调制的双向LLC谐振变换器，其主电路如图1-8所示，开关驱动时序图如图1-9所示。可适用于宽电压增益范围场合，克服了传统谐振型DC/DC变换器窄电压增益范围的缺点，并且功率器件为软开关，开关损耗小，在宽工作电压范围内实现了高效率。变换器二次侧有两种开关模式：全桥模式和半桥模式，使用固定频率的移相调制方式，在每个周期内配置全桥模式和半桥模式，通过控制两种运行模式的时间间隔比，以调节一次侧、二次侧之间的功率传输。无论负载如何，在正向和反向均可实现0.5-1的电压增益，但是当电池电压很低时不能满足要求。

也有学者针对PWM调制策略展开研究，传统的PWM谐振变换器工作在降压模式，因此在整个电池电压范围内很难进行放电工作。文献[46]通过在二次侧增加辅助开关并对其进行PWM调制，使得变换器一次侧和二次侧有半桥和全桥两种模式，对辅助开关重叠导通角度的大小进行控制来调节电压增益，使得变换器有较宽的增益范围。文献[47]提出了一种基于PWM调制的不同结构的双向LLC谐振变换器，如图1-10所示，开关驱动时序图如图1-11所示。变换器正向运行和反向运行时工作模式一致，通过改变整流结构可以使电压增益加倍，然而当电池电压很低时，必须调整开关频率来增加电压增益。

3主电路参数设计与仿真分析

3.1变换器开环仿真验证

变换器正向运行时，低压侧（原边）为电池电压45V~55V，在改进型PWM调制策略下可使高压侧（副边）母线电压稳定到400V，仿真中取电池电压最低值45V和最高值55V进行仿真分析。图3-3为Vp=45V时的仿真波形，此时电压增益Mf=1，即正向电压增益达到最大值。

图3-3(a)为原副边电压Vp、Vs波形，从图中可以看出Vs达到400V，说明变换器的参数设计达到要求；图3-3(b)为原边逆变输出电压vA B和电流ipri的波形，图中v AB和ipri的相位关系为vA B超前ipri，说明变换器工作于弱感性状态；图3-3(c)为谐振电感电流i Lr和励磁电感电流i Lm的波形，当开关管S1、S4导通时，iL r开始正向上升，励磁电感Lm两端电压被钳位为nVp，i Lm呈线性变化，开关管S4关断，S3开通时，励磁电感Lm两端电压恒为0，i Lm保持不变，i Lr开始正向减少，与理论分析一致；图3-3(d)为谐振电容电压vC r1的波形，其最大值不超过400V；图3-3(e)为开关管S1的漏源电压和电流波形，当开关管开通之前电压已经降为零，因此开关管实现ZVS开通；图3-3(f)为开关管S2的漏源电压和电流波形，同样可以看出开关管实现ZVS开通。

5实验分析

5.1变换器稳态实验分析

5.1.1变换器正向运行实验分析

当变换器正向运行时，副边侧电阻为324Ω，在不同的输入电压下，通过改变占空比来稳定输出电压。图5-3为原边电压Vp=23V时的实验波形，此时正向电压增益Mf=0.9，达到最大值。图5-3(a)为原边电压和副边电压波形，可看出Vs达到180V，副边电压维持在一个稳定水平；图5-3(b)为谐振电容电压vC r1和谐振电感电流i Lr波形，在一个周期内，谐振电容进行充电和放电，vC r1的最大值不超过180V，当谐振电感Lr和谐振电容Cr1、Cr2发生谐振时，谐振电流i Lr的变化表现出正弦趋势；图5-3(c)为原边逆变输出电压v AB和电流ipri的波形，可以看出v AB超前ipri，说明变换器工作于弱感性状态；图5-3(d)为开关管S1的栅源电压vgs1和漏源电压vds1波形，从图中可得到，开关管开通之前电压已降为0，因此开关管实现了ZVS开通。

5.2变换器软开关特性实验分析

根据2.4节的软开关分析可知变换器正向运行负载越轻，以及反向运行负载越重时，ZVS越难实现。如图5-7所示为实验功率为100W时变换器正向运行和反向运行时的ZVS区域图。实验中选取励磁电感Lm=378μH，从图5-7(a)中可看出变换器正向运行30%负载且电压增益为Mf=0.6时开关管可实现ZVS开通，从图5-7(b)中可看出变换器反向运行满载时开关管可实现ZVS开通。在5.1节已对变换器反向运行满载时的ZVS进行验证，因此本节只对变换器正向运行30%负载时实现ZVS情况进行实验验证，图5-8为变换器正向运行30%负载时开关管栅源电压和漏源电压实验波形，从图5-8(c)、(d)中可看出在电压增益Mf=0.6（Vp=33V）时开关管实现了ZVS开通，与理论分析一致。

6全文总结与展望

6.2展望

本文虽然验证了所研究的调制策略的合理性和可行性，但还是存在不少需要改进的地方：

1）本文将母线电压定为400V来进行变换器的双向运行分析，未考虑母线电压上下波动时变换器的稳态运行情况，有待后续完善。

2）本文未对双向LLC谐振变换器进行小信号建模与分析，有待后续建立准确的模型，以支持闭环控制的设计。

3）储能系统中电池在进行充放电时要根据母线电压的波动范围来设计充放电的切换点，判断电池充电还是放电，而本文中未设计详细的充放电切换方式，有待后续分析并完善切换方式。

4）本文只对双向LLC谐振型DC/DC变换器在改进行PWM调制策略下方案的合理性和正确性进行了小功率实验验证，未达到实际所需的功率要求，因此有待后续加大功率调试。

参考文献（略）

（本文摘自网络）