CLLC双向谐振变换器电感–变压器矩阵式一体化集成与优化设计

文中提出CLLC双向谐振变换器高频谐振电感–变压器一体化磁集成结构。采用矩阵式磁芯结构和非对称绕组结构设计,仅通过一个磁件即实现了双向CLLC谐振变换器中原边高频谐振电感、副边谐振电感和高频隔离变压器的集成,且利用矩阵式磁芯结构布局,实现了磁板中高频磁通抵消和磁通均匀分布,有效降低了磁件体积和损耗。文中详细分析所提出的矩阵式集成功率磁件的磁路模型,并给出集成功率磁件的优化设计方法,最后通过有限元仿真和样机实验证明所提出的电感–变压器一体化集成方案的可行性和有效性。     

基于UCC25600的LLC谐振变换器设计

介绍了TI公司的LLC谐振变换器控制芯片UCC25600。分析了LLC电路的工作原理和UCC25600在LLC半桥谐振式开关电源中的用法。采用磁集成技术,利用变压器的漏感和励磁电感,将谐振电感Lr集成到变压器中,减少了磁件的数量和体积,减小变压器副边漏感,以确保副边整流管实现零点流开关。最后制作了样机,实验结果表明,该LLC谐振变换器结构简单,运行可靠,输出稳定。     

双向LLC谐振变换器谐振电感磁集成方案

双向LLC谐振变换器实现了能量的双向流通,变换效率高,被广泛应用于新能源领域。但其变压器原副边各有一个谐振电感,增大了变换器体积,不符合高功率密度的发展要求;同时,磁性元件的增加会降低整机效率。针对上述问题,详细分析了双向LLC谐振变换器的工作原理以及主要工作波形,选择合适的方案对2个谐振电感进行磁集成设计。在确保变换器正反向都能实现ZVS的基础上,将2个谐振电感进行了磁集成。最后搭建了一台48~400 V/1 kW的实验样机,验证了理论分析的正确性。实验结果表明该集成方案在不影响变换器工作特性的基础上,有效减小了变换器体积,提高了变换效率。     

平面集成磁件在电源中的应用

在有源钳位正激变换器工作原理基础上,利用磁集成技术,将变压器与滤波电感集成在一个磁芯上,对该集成磁件进行了分析研究。通过电路和磁路推导,提出了该集成磁件的等效模型和设计依据。设计了特殊的磁芯和绕组结构,采用特殊磁性材料制作薄膜磁芯,实现集成磁件的平面化。采用有限元分析工具,对集成磁件进行仿真,得出了磁通密度的分布情况。在集成磁件模型基础上,对变换器进行仿真,得出了变换器的输出结果,实现了变换器的零纹波,验证了设计的正确性。     

CLTLC多谐振变换器的磁集成方法

基于印制电路板(PCB)绕组及平面变压器技术,提出一种仅包含单一磁件的磁集成设计方案,可有效解决多谐振变换器中磁性元件数量过多的问题,并将其成功应用到CLTLC多谐振变换器中。该变换器的所有磁性元件,包括两个谐振电感和两个高频变压器,都可集成到EIE型磁心结构中。为实现变压器励磁电感和漏感的解耦控制,利用矩阵变压器思想和绕组不均匀分布设计,在磁心的中柱引入一定气隙,可得到一种新型E型磁心结构。另外,基于该结构,建立变压器的磁阻模型,从数学角度对所提磁集成方案进行论证。同时,给出最终的磁集成设计方案。最后,建立一台额定功率为1kW的CLTLC多谐振变换器样机,并进行了相关实验。实验结果验证了所提磁集成设计方案的可行性和有效性,变换器的最大效率可达96.45%。     

ZVS半桥变换器的磁集成研究

为了减小高频时开关电源的开关损耗,提高变换器的效率和比功率,对传统的半桥变换器进行改造,增加谐振电感和谐振电容,通过谐振电感对并联在开关管两端的谐振电容的充、放电来实现开关管的零电压开关。为了减小开关电源中磁件的数量和体积采用平面磁集成技术将分立的谐振电感和变压器集成在同一个平面磁芯上。重点分析集成后ZVS半桥变换器的工作原理,研究谐振电感和变压器的集成方案。通过仿真和实验结果证明该方案的正确性和可行性。     

基于Maxwell的半桥LLC谐振变换器平面磁元件优化设计

LLC谐振变换器广泛应用于分布式电源系统DC/DC变换器的前端和可再生能源发电系统,而LLC谐振变换器的磁元件的集成平面化使其具有高性能、高效率和低成本的优点.介绍一种基于损耗的改进的变换器设计方案,从损耗、增益、空载特性等多角度分析谐振电感、变压器激磁电感、谐振电容的影响,从而确定性能最优的系统参数.由于平面磁元件在DC/DC变换器中起着十分重要的作用,通过有限元分析软件Maxwell对多种结构形式的平面变压器进行数值仿真,确定变压器设计的最优结构,实现对LLC谐振网络的精确控制.     

一种可控励磁电感的LLC变换器的效率优化

对于LLC谐振变换器轻载效率低的问题,提出一种可控励磁电感的半桥LLC(HB-LLC)谐振变换器。该方案在不改变变换器整体拓扑结构的基础上,只在变压器的两侧磁柱缠绕偏置绕组,通过Buck电路控制偏置绕组电流的大小,通过调节磁芯的磁导率,使得励磁电感的感值发生改变,实现对变换器轻载效率的有效提升。对可控电感的磁路和控制方法进行了详细分析,为谐振变换器工作状态提供理论依据。给出了可控电感的控制逻辑,在此基础上对负荷也进行了分区控制,实现了LLC变换器轻载效率的提高。此外,给出了电路主要元件参数设计流程,并设计制作了一台满载1 kW的电源样机,通过仿真和实验共同验证了所提方案的可行性,与传统的LLC电路相比该电路具有更高的轻载效率。     

基于LLC变换器的多路LED自动均流策略研究

针对大功率LEDSg动电源需要实现多路均流输出的特点,提出1种新型的具有多路LED均流功能的磁集成LLC变换器,将LLC变换器中的变压器与均流耦合电感集成在1个磁芯上,并通过加入均流电容实现多路输LED自动均流。详细分析磁集成LLC变换器的集成方案及均流原理。设计1台80W4路均流输出的LED-~动电源,实验结果验证了所提方案是可行的。     

全桥LLC谐振变换器中变压器的设计

全桥LLC谐振变换器中高频变压器的设计对于提高变换器效率和功率密度至关重要。传统变压器设计方法主要依靠经验,设计相对保守,且当前的产品对于减小体积、降低成本的需求越来越突出。此外,与普通变压器不同,LLC中的变压器同时实现了一个变压器和一个电感的功能,这就需要设置合适的气隙以满足条件。针对以上问题,提出了一套完整的变压器设计方法,包括磁芯选取、线圈设计、气隙计算、高频损耗计算。制作了一台变压器,用于48 V输入、1 kW/400 V输出的全桥LLC谐振变换器,经实验验证了设计方法的合理性和有效性。     

交错并联LLC谐振变换器的磁集成均流特性

为了扩充容量,LLC谐振变换器多采用两相或多相交错并联结构,然而,由于交错并联LLC谐振变换器中各并联相的谐振元件参数(主要包括谐振电感和谐振电容)不可避免地存在偏差,使得各相LLC谐振变换器之间的电压增益不相等,导致各相电流不均衡。针对这一问题,该文提出一种180°交错并联LLC谐振变换器的磁集成均流方案,通过对各个并联相谐振电感进行磁集成,在不增加额外电路和不改变控制策略的情况下,实现各相LLC电路一次电流和负载电流的自动均衡,不但保持了LLC谐振变换器所固有的软开关特性,而且还提高了效率,并将谐振电感的数量由两个减少为一个。搭建了输出功率为1kW的两相交错并联磁集成LLC谐振变换器实验样机,验证了磁集成均流方案的有效性。     

LLC变换器中谐振元件的设计

LLC谐振变换器具有开关管零电压开通,整流管零电流关断,适合于宽电压输入等优点,易实现高频化和高功率密度。这些良好性能的实现需要对谐振元件进行合理设计,但其设计过程复杂,是LLC谐振变换器设计的难点和重点。针对这种情况,结合工程软件MathCAD给出了LLC谐振变换器简洁、快速的谐振元件设计流程,并从工业应用角度给出集成了谐振电感的变压器设计等效模型。最后,设计了一台直流输入230～350V,直流输出7 V/30 A的LLC谐振变换器样机,验证了该设计流程的正确性和有效性。     

基于磁集成的LLC谐振变换器设计

介绍了LLC型谐振变换器的主电路结构和工作原理,给出了基于最优转换效率的LLC谐振变换器谐振网络参数的详细设计过程,并应用无源集成技术,将谐振参数及变压器集成在同一个磁芯上,通过对比磁性元件集成通用结构,推导出磁集成的改进结构。设计了一台工作频率80 k Hz、功率为440 W的变换器,通过仿真软件Saber验证了参数设计的合理性,实验结果验证了设计方法的可行性和有效性。     

基于集成磁件的光伏升压移相全桥DC/DC变换器

研究一种基于集成磁件的光伏升压移相全桥 DC/DC 变换器,将集成磁件引入到光伏升压型移相全桥变换器中,即将实现软开关的电感和高频变压器集成在一个磁芯上以减小体积,并采用移相的控制方式实现软开关以提高效率.通过磁路分析,推导出了基于耦合系数的集成磁件表达式,根据耦合系数取值范围的不同,得出了2种集成方式.再根据集成磁件的表达式分析了变换器的开关模态,即集成磁件可实现超前开关管和滞后开关管的零电压开通,并给出了集成磁件的设计依据.该变换器效率及升压比高,结构紧凑,最后通过实验样机进行原理验证.     

基于改进型变压器的LLC谐振变换器原理与设计

LLC谐振变换器具有高功率密度、高效率等优点,得到了广泛的应用.在电池充电器应用中,充电过程会在很宽的范围内改变输出电压,使LLC变换器在效率和增益之间难以优化.提出了一种改进型变压器实现优化效率和增益,将谐振电感和励磁电感集成到变压器上,通过与变压器副边并联的开关控制电感实现励磁电感随着输出电压和负载动态调整.与传统的LLC谐振变换器相比,改进型变换器励磁电感可以动态调节,不再为固定值,能减少通态损耗和绕组损耗,提高了增益和效率.通过仿真和250 W的样机验证了改进型变压器设计的可行性.     

交错并联变换器中无气隙集成磁件耦合度研究

集成磁件的耦合度影响着交错变换器的稳态和瞬态性能。论文提出了可以改变耦合度的平面集成磁件．分析了磁芯在没有气隙的情况下改变电感耦合度的原理,给出了耦合电感耦合度和磁芯设计的数学表达式。利用磁场仿真分析软件比较了不开气隙集成磁件和传统集成磁件的电感量、耦合度和绕组损耗,结果表明不开气隙集成磁件比传统集成磁件具有诸多优点。...     

基于磁集成结构双向DC/DC变换器的飞轮储能系统

针对微网中直流电源的不稳定性问题,提出一种新型基于磁集成结构双向DC/DC变换器的飞轮储能系统(FESS)。该系统中变换器利用磁集成技术将3个磁性元件(隔离变压器前、后谐振电感、变压器)集成到一个磁芯中。FESS除了能供给微网缺额电能,还能稳定直流母线电压,改善电能质量,可靠性更高。最后制作了一台10 kW,460~560 V输入、320 V输出的双向DC/DC变换器样机。实验分析表明该方案具有元件少、占地空间小等优点,还可有效降低电流纹波,且适用于大功率场合。     

一种基于串联输入并联输出型LLC的噪声抑制磁集成方法

提高工作频率有助于提高变换器的功率密度,促进变换器的小型化和轻量化发展,但是随之而来的电磁干扰（EMI）问题,影响了变换器的工作性能。为了在缓解噪声现象的前提下尽可能地实现变换器的高频化、小型化,该文基于串联输入并联输出（ISOP）型LLC拓扑,深入探究了共模噪声的来源和噪声的传导过程,进行了共模噪声的预测,解释了该拓扑抑制噪声的工作原理。在此基础上,详细分析了拓扑的磁集成特性,对变压器进行了磁集成设计,降低了磁心损耗。此外,对变压器的二次绕组进行了优化设计,充分利用了现有的绕组面积,进一步改善了高频效应带来的不良影响,有助于提高变换器的工作效率。采用电磁仿真软件搭建变压器的3D仿真模型,进行仿真对比分析。最后,搭建了一台样机,实验验证了所提磁集成设计方案和绕组优化设计方法的正确性和有效性。     

高导铁氧体宽频高阻抗共模电感设计

通过对共模电感工作原理及特点的分析,提出了两种优化高导铁氧体共模电感阻抗-频率特性的设计方法:其中环形高导铁氧体单层绕线设计极大地降低了绕组寄生电容,提高了谐振频率,从而改善了阻抗—频率特性;使用FT型高导铁氧体磁芯与扁铜线单层立绕设计还可以降低磁芯与绕组之间的寄生电容,提高了谐振频率,从而改善阻抗—频率特性。     

磁放大后级调整技术在LLC谐振型变换器中的应用

为了使LLC谐振变换器适用于高调整率要求的多路输出场合,利用"分时"的方法,同时采用两个饱和电感将磁放大后级调整技术应用于LLC谐振型变换器.分析了在LLC谐振变换器中磁放大器死区问题对调整率产生的影响,通过理论分析和实验证明了磁放大器死区问题在LLC谐振变换器中的影响要比反激型变换器中小得多,制作了310V输入,24V/3A和12V/2A输出的实验样机,实验结果证明带有磁放大后级调整技术的LLC谐振变换器仍旧具有全范围的零电压开关条件,并且具有极佳的交叉调整率,满载效率达到88.5%.