自持移相LCC谐振变换器稳态分析及参数设计

采用单电容滤波器的自持移相LCC谐振变换器能够在全负载范围内实现软开关,但非线性特性显著,增加了分析与设计难度。基于改进基波近似法将高频变压器、副边整流器及输出滤波电容作为一个整体等效为一个复数阻抗的形式,建立了自持移相LCC谐振变换器的等效电路模型。分析了电压增益、谐振电流峰值、软开关区域等稳态特性。指出了输入阻抗角、副边整流关断角和谐振电容比等关键电路参数对变换器稳态特性的影响以及设计原则,并提出一种限定输入阻抗角的参数设计方法。实验结果验证了理论分析及参数设计的正确性。     

辅助谐振换流极移相控制LCC谐振变换器

恒定频率移相控制LCC谐振变换器开关频率固定,有利于磁性元件的优化设计。但轻载工作时,LCC谐振变换器的滞后桥臂开关管很难实现软开关,开关损耗大、轻载效率低。针对该问题,提出了辅助谐振换流极(ARCP)LCC谐振变换器。轻载时,ARCP电路投入工作,实现了主电路开关管全负载范围的零电压开关(ZVS)导通,降低了变换器的开关损耗。通过移相控制LCC谐振变换器的原理分析,给出了LCC变换器的ZVS工作范围,确定了ARCP电路的投切条件。400V输入、48V/1kW输出样机的实验结果验证了理论分析的正确性。     

PWM-PFM混合控制LCC谐振变换器研究

输入电压和负载宽范围变化时,变频控制LCC谐振变换器的开关频率变化范围宽,而移相控制LCC谐振变换器难以实现宽范围零电压关断(zero voltage switching,ZVS)。为了在较窄开关频率范围内实现LCC谐振变换器的宽范围软开关,该文提出一种脉宽-脉频调制(pulse width modulation-pulse frequency modulation,PWM-PFM)混合控制LCC变换器。通过同时调整LCC变换器原边开关管的导通角与开关频率,在宽输入电压和宽负载变化范围内,提出的PWM-PFM混合控制LCC变换器能在稳压输出的同时保持变换器ZVS软开关工作。此外,PWM-PFM混合控制LCC谐振变换器的开关频率范围较窄,简化了变换器磁性元件的设计。以工作在电容电压连续模式(continuous capacitor voltage mode,CCVM)的LCC谐振变换器为例,利用基波近似法,分析PWM-PFM混合控制LCC谐振变换器的工作原理和控制特性,对谐振元件和控制参数进行设计。最后,通过一台100~200V输入、48V/500W输出的实验样机验证了理论分析的正确性。     

CCVM-DCVM边界模式定频LCC谐振变换器设计

定频LCC谐振变换器具有传统变频LCC谐振变换器软开关工作、EMI干扰小等优点,显著降低了磁性元件与EMI滤波器的设计难度。但定频LCC谐振变换器存在软开关条件丢失、谐振元件与开关元件电压电流应力大等问题。此外,对于定频LCC谐振变换器,目前还缺乏较好的参数设计方法。针对以上问题,通过定频LCC谐振变换器的功率分析,提出了一种工作于CCVM-DCVM边界模式的定频LCC谐振变换器参数设计方法。该方法在保证变换器软开关工作条件的同时,有效降低了定频LCC谐振变换器中谐振元件与开关元件的电压电流应力。分析了定频LCC谐振变换器工作模态,采用基波近似法建立了LCC谐振变换器等效电路模型,得到了LCC谐振变换器的软开关实现条件。在此基础上,通过变换器的功率分析,得到了变换器元件参数与谐振元件功率的关系,给出了工作于CCVM-DCVM边界模式的定频LCC谐振变换器参数设计过程。最后,通过仿真与实验验证了理论分析与参数设计方案的有效性。     

一种宽范围ZVS定频LCC谐振变换器设计

与传统变频LCC谐振变换器相比,定频LCC谐振变换器具有磁性元件设计简单的优点。然而,在宽输入电压或宽输出功率应用场合,滞后臂开关管极易失去ZVS软开关,导致定频LCC谐振变换器存在开关损耗大、系统效率低、EMI干扰大等问题。针对以上问题,该文通过在定频LCC谐振变换器的两个逆变桥臂之间加入由辅助电感和隔直电容构成的辅助网络,提出一种宽范围ZVS定频LCC谐振变换器,在较宽输入电压和负载变化范围内实现开关管的ZVS,且具有较小的谐振电流,有利于器件选型。该文研究宽范围ZVS定频LCC谐振变换器的稳态工作特性,推导其ZVS条件,并给出谐振元件和辅助网络的参数设计步骤。最后,通过一台500W/48V实验样机验证理论分析的正确性。实验结果证明,该文所提出的变换器具有宽范围ZVS特性。     

宽范围输入三电平半桥LLC变换器混合控制

针对传统变频(PFM)控制的LLC谐振变换器在宽电压输入条件下效率低的问题,提出一种三电平半桥LLC谐振变换器的变频-移相(PFM-PS)混合控制策略。首先,分析三电平半桥LLC谐振变换器的工作模态,建立其等效模型,获得了移相控制和变频控制下的电压增益曲线。其次,分析了变频控制的工作区间与软开关特性,推导得到了移相控制下实现软开关的最小占空比。通过混合控制策略,在升压时采用变频控制和在降压时采用移相控制,相较于全变频控制和全移相控制,混合控制可在较小频率变化范围内对电压进行升降压,在全增益范围内实现软开关,获得较宽的电压增益范围,提升了变换器的效率。最后,通过仿真和输入500～800 V/4.5 kW实验样机验证了所提出混合控制策略的有效性。     

新型LLC谐振负载感应加热电源移相控制研究

为了提高电源效率,使电源输出额定功率,采用静电耦合的方法设计LLC谐振负载实现负载匹配,分析了LLC谐振负载的特性和负载匹配实现的原理以及感应加热电源控制变量的选取.另外,在LLC谐振负载的基础上,针对感应加热电源移相调功时,具有较大的开关损耗问题,提出了一种新型LLC谐振负载感应加热电源拓扑结构,该结构下逆变器开关器件基本上都能够实现软开关,给出了移相调功的工作原理和输出功率的分析计算,并通过仿真,验证了理论分析的合理性.     

CLLLC谐振变换器变频移相混合控制方法

针对CLLLC谐振变换器存在脉冲频率调制的电压增益范围不足、相移调制的效率较低的问题,提出了一种可同时调节开关管占空比与开关频率的变频移相混合控制方法。该方法可以根据输入电压范围与负载功率变化范围自由切换混合控制模态以实现宽范围软开关与高运行效率,具有极高的调节自由度,且通过移相控制降低了启动时的冲击电流从而实现了软启动。最后,基于时域分析建立了CLLLC谐振变换器的模型,并搭建了一台基于碳化硅(SiC)的1 kW级CLLLC谐振变换器实验平台,实验结果验证了所提混合控制方法的可行性和优越性,整机在宽范围内效率可达96%。     

一种LCC谐振变换器的参数设计方法

针对电容输出滤波LCC谐振变换器设计时预设阻抗角导致变换器效率较低的问题,分析了LCC谐振变换器死区时间、谐振阻抗角和损耗之间的关系,推导出满足软开关条件的最小阻抗角与死区时间,得到LCC谐振变换器阻抗角与死区时间的选择方法,并以此为基础提出了谐振网络参数设计方法,使变换器在满足软开关条件的同时,阻抗角最小,减小了变换器损耗.用所提出的方法设计了160 W LCC谐振变换器电路,满载效率达到94.2％,实验结果证实该方法是有效的.     

隔离型双半桥DC-DC变换器的软开关特性

分析了隔离型双半桥(DHB)DC-DC变换器的软开关特性。首先介绍DHB变换器的工作原理,详细分析DHB变换器的软开关过程。通过理论建模和定量分析,给出各开关管实现零电压开通的充要条件。总结谐振电流、变换器输出功率和死区时间与实现零电压开通的三条规律,推导出各开关管软开关实现所允许的变换器最小输出功率的解析表达式。然后,提出一种改进的占空比控制策略,有效地扩宽了变换器的软开关运行范围,有助于变换器实现稳定的软开关运行。最后,通过样机实验验证了所提的理论分析以及改进控制方法的正确性和有效性。     

一种全桥移相ZVS倍压变换器及其参数优化

针对MPM集成高压电源应用场合,提出一种能在较宽负载范围内实现ZVS(Zero-Voltage-Switching)的全桥移相倍压变换器。分析了变换器的工作原理和特性,讨论了电路参数对工作状态的影响以及各参数之间的制约关系,推导出主回路原边电流有效值表达式,建立了变换器的优化设计模型,结合MATLAB优化方法对变换器进行优化,最后用实验证明优化设计的合理性。     

感应耦合电能传输系统的移相与脉冲密度混合电压调控策略

针对感应式无线电能传输系统中高频逆变器效率和负载电压无级调节的两个关键问题,提出一种移相脉宽调制(PSPWM)和脉冲密度调制(PDM)兼用的混合调制方法,其中,变流器主频率一定、开关处于电压软开关状态,有选择地对PDM中某一脉冲实施移相处理,并利用脉冲密度数和移相角大小调节输出电压和功率,实现变流器的高效率运行和输出电压平滑稳定调节。通过实验,对上述PDM和PSPWM与所提出的混合调制方式的负载输出电压平滑性与逆变器效率进行了对比分析,所提出的混合调制方式在实现无级调压的情况下纹波系数较PDM减少了9%、逆变器的损耗相对于PSPWM减小了5%~20%。     

LLC resonant DC–DC converter with series‐connected primary windings of transformer

This paper proposes a zero‐voltage switching (ZVS) LLC resonant step up DC–DC converter with series‐connected primary windings of the transformer. The series resonant inverter in the proposed topology has two power switches (MOSFETs), two resonant capacitors, two resonant inductors, and only one transformer with center‐tapped primary windings. The power switches are connected in the form of a half‐bridge network. Resonant capacitors and inductors along with the primary windings of the transformer form two series resonant circuits. The series resonant circuits are fed alternately by operating the power switches with an interleaved half switching cycle. The secondary winding of transformer is connected to a bridge rectifier circuit to rectify the output voltage. The converter operates within a narrow frequency range below the resonance frequency to achieve ZVS, and its output power is regulated by pulse frequency modulation. The converter has lower conduction and switching losses and therefore higher efficiency. The experimental results of a 500‐W prototype of proposed converter are presented. The results confirm the good operation and performance of the converter. © 2014 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

对称控制全桥谐振PWM软开关变换器

针对传统对称控制全桥变换器不能实现软开关而导致变换器效率较低的现状,提出了对称控制全桥谐振PWM(FB-RPWM)变换器,详细分析了FB-RPWM变换器的工作模式及其稳态特性。分析结果表明:FB-RPWM变换器虽然采用对称控制,却仍在全负载范围内实现了所有桥臂开关管的零电压开通(ZVS)和输出二极管的零电流关断(ZCS),且其输入输出电压传输比与负载、开关频率和占空比无关,呈现出直-直变压器(DCX)的工作特性。与移相全桥(PSFB)变换器相比,FB-RPWM变换器减小了两个开关管的关断电流,且变压器一次侧采用隔直电容,实现了励磁电感电流的零直流偏量,降低了变压器损耗,进一步提高了变换器的效率。最后,搭建了一台400V输入、50V/10A输出的实验装置,验证了理论分析的正确性。     

A novel low‐loss control strategy for bidirectional DC–DC converter

Bidirectional DC–DC converter with phase‐shift control is commonly used for hybrid electric vehicle and fuel‐cell vehicle applications. This converter is characterized by simple circuit topology and soft‐switching implementation without additional devices. Despite these advantages, the efficiency is poor at light load condition because of high switching and conduction losses caused by high RMS inductor current. To achieve zero‐voltage switching (ZVS) for all power MOSFETs, a constant offset inductor current is maintained to conduct the antiparallel body diodes before MOSFETs turn on. A control strategy of combining duty ratio and phase‐shift modulation is proposed to reach the constant offset current. By reaching the constant offset current, the RMS inductor current can be reduced significantly, and ZVS can be achieved in all load variation ranges, resulting in high efficiency. A 2.5‐kW prototype is implemented to verify the control scheme, and a minimum efficiency of 97.3% is achieved at light load condition. Copyright © 2017 John Wiley & Sons, Ltd.     

新型软开关相移控制双向DC-DC变换器的综合

提出了一类新型软开关相移控制双向DC-DC变换器。这些变换器均由一些简单的开关单元组合而成。变换器中的功率传输为相移式控制。在正向工作模式和反向工作模式中变换器都可实现软开关工作。通过一个实例电路具体介绍了新型变换器的工作原理和分析，并提供了实验结果。     

基于多谐波阻抗模型的CLLC谐振变换器轻载多移相控制分析与设计

CLLC谐振变换器具有双向功率传输、自然软开关、宽范围电压输出等优势,但轻载运行时,存在输出电压失调和传输效率降低等问题。文章基于多谐波阻抗模型,对CLLC谐振变换器的多移相控制进行分析,设计适用于轻载运行的双移相控制,有效解决轻载输出电压失调问题,提升轻载功率传输效率。首先,建立CLLC变换器的多谐波阻抗模型,求解多移相控制下的轻载输出电压增益与谐振电流有效值;然后,分析不同移相角对输出电压值和谐振电流值的影响,并据此设计双移相控制,实现可靠的轻载电压增益调节,同时降低轻载运行的损耗;最后,搭建一台21.5V/400V,200W的全桥CLLC谐振变换器实验样机,实验结果证明所提多谐波阻抗模型的正确性和轻载运行下双移相控制的有效性。     

PWM加相移控制的双向DC/DC变换器

该文提出了一种PWM加相移控制的双向DC／DC变换器。该变换器结合了PWM和相移这两种控制技术优点，不但可以减小变换器的电流应力和通态损耗，而且可以拓宽零电压开关的范围。该文详细地介绍和分析了变换器的工作原理，给出零电压开关的条件，最后给出了实验结果。     

An efficient full-bridge resonant converter for light emitting diode (LED) application with simple current control

New power control is introduced in the full-bridge dc-dc converter to drive an LED lamp in this paper. LEDs are semiconductor devices that behave like a constant voltage load with low equivalent series resistance (ESR). Hence, they require precise control for current regulation. In the proposed driver, the LED lamp is driven by two voltage sources connected in series through a series resonant circuit. It processes the majority of lamp power through the full-bridge diode rectifier and supplies small power through a center-tapped rectifier. The LED lamp current is controlled at the selected operating current by using center-tapped rectifier output voltage. In addition, pulse-width modulation (PWM) dimming is implemented. The proposed topology features zero-voltage switching (ZVS), regulation of lamp current, dimming operation, and high efficiency. The working principle, performance, and prototype validation are given for the proposed LED driver.