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基于软开关的两级式AC/DC变换器研究

专业名称：控制理论与控制工程

研究生姓名：李郎

指导教师：王晓雷教授

摘要

两级式AC/DC变换器因其能实现功率因数校正(PowerFactorCorrection,PFC)和软

开关的优势，在各种电力电子设备中被广泛应用。由于两级式AC/DC变换器工作模态

较为复杂，控制难度高，当负载波动大时，其动态性能差，难以满足工业应用需求。因

此，本文研究了一种基于线性自抗扰控制技术(LinearActiveDisturbanceRejectionControl,

LADRC)的控制器来提高两级式AC/DC变换器的动态性能，具有重要的工程价值和理

论价值。本文的主要研究内容如下：

(1)本文根据两级式AC/DC变换器整体架构，对前级PFC电路和后级LLC谐振电

路进行数学模型和工作原理分析。通过对后级LLC谐振电路不同工作模态分析，在此

基础上对变换器的增益进行研究。

(2)进行两级式AC/DC变换器的关键参数设计，为控制器设计、模型仿真和实验验

证提供参数支撑。对于变换器前级Boost-PFC电路，对常用PI控制器的原理进行介绍，

然后采用平均电流方式的双闭环控制结构控制Boost-PFC电路，并基于Matlab/Simulink

仿真软件搭建仿真模型。

(3)对于后级的LLC电路首先用扩展描述函数法推导出小信号模型，并用扫频法对

传递函数进行降阶，拟合为二阶传递函数。基于以上分析，研究了一种线性自抗扰控制

控制策略可应用于两级式AC/DC变换器。将LADRC控制应用在两级式AC/DC变换器

的后级，推导了数学模型并设计出闭环控制器的原理框图。在Matlab/Simulink仿真软件

中对其进行仿真，分别对PI和LADRC两种控制方法进行验证，通过对比仿真结果，证

明LADRC控制在两级式AC/DC变换器中优于经典PI控制。

(4)设计了一种相应的两级式AC/DC变换器的软件程序，还研制了一台400W功率

样机，然后通过样机硬件实验测试，验证了变换器前级Boost-PFC电路能实现功率因数

校正；通过对后级LLC软开关电路波形分析，验证了参数设计的正确性；最后通过对输

出侧做负载突变实验，验证了二阶LADRC控制器具有更好的动态性能。

关键词：两级式AC/DC变换器；功率因数校正；LLC；LADRC

ResearchonTwo-StageAC/DCConverterBasedonSoftSwitching

Major:Controltheoryandcontrolengineering

Masterstudent:LiLang

Supervisor:Prof.WangXiaolei

Abstract

Two-stageAC/DCconvertersareextensivelyutilizedinvariouspowerelectronic

applicationsduetotheinherentadvantagesofpowerfactorcorrection(PFC)andsoftswitching.

However,thedynamicperformanceoftheconvertersmaynotalwaysmeetthestringent

requirementsofindustrialapplicationswithsignificantoutputloadfluctuations.Therefore,this

paperproposedacontr