半桥LLC谐振变换器效率优化方案的研究

半桥LLC谐振变换器因谐振电流和变压器次级输出电流太大,会导致开关损耗和导通损耗过大.针这一问题,提出了优化设计变压器励磁电感Lm来降低谐振电流和变压器次级输出电流有效值的方案.介绍了谐振频率工作电路和宽范围输出工作电路的设计方案,并给出了输出直流电压为45～60V的变换器在输出直流电压为50V,输出负载功率为1.5kW时的实验结果.     

1 kV SiC LLC变换器参数设计与效率优化

系留无人机因其续航时间长、有效载荷大而得到广泛应用。LLC变换器因其易于实现软开关,十分适合系留无人机机载电源这一高输入电压(>1 kV),中大功率应用场合。而传统设计方法仅考虑增益要求,高压输入、中大功率场合下,变压器激磁电感稍有偏小,就会使谐振腔电流增加,导致初级开关器件导通损耗及磁件铜损增加,严重降低变换器效率,增加系统温升,降低可靠性。在此分析效率与谐振参数间定量关系,提出一种LLC拓扑谐振参数优化方法。搭建了一台1 kV,6.6 kW的碳化硅(SiC)LLC原理样机,采用所提设计方法完成参数优化,验证效率提升效果。满载下效率提升约0.3%,对应损耗减少19.94 W;烤机30 min,变压器绕组温度降低17.32%,谐振电感绕组温度降低6.83%,验证了所提设计方法的有效性。     

基于LLC直流变压器(LLC-DCT)效率优化的死区时间与励磁电感设计

对于传统PWM变换器,死区时间越小,效率越高,而谐振变换器并非如此。本文针对LLC谐振式直流变压器(LLC-DCT),通过推导LLC拓扑损耗与死区时间的定量关系,提出了一种基于死区时间和励磁电感最优解的LLC谐振参数设计方法。从而选取最佳死区时间和励磁电感,得到最优化的整机效率,避免了先前设计中死区时间选取的盲目性。同时,根据工作在直流变压器下的LLC特点,分析了励磁电感与谐振电感比值和品质因素的选取。最后,研制了一台基于该优化设计方案的150W LLC-DCT样机,实验结果表明了设计方法的有效性和准确性。     

高频LLC谐振变换器的效率优化

随着电力电子功率器件的发展,功率变换器向着高频、模块化发展。LLC谐振变换器由于拓扑结构简单且能在全负载范围内实现开关管的零电压开通和副边二极管的零电流关断,损耗小、效率高,可逐渐应用于高频场合,从而成为业界的研究热点。随着工作频率的提高,原先在传统LLC中被忽略的寄生电容不仅会影响原边开关管的软开关过程而且还会使得谐振电流发生畸变。分析了寄生电容对变换器软开关的影响且对死区时间进行优化设计,以提高变换器的效率。研制了一台功率为250 W,工作频率为400 kHz的LLC谐振变换器原理样机,并进行了实验验证。     

LLC谐振变换器临界励磁电感的精确设计方法

以LLC谐振变换器为研究对象设计变换器时,在选定死区时间和开关管后,存在临界励磁电感,使变换器恰好在死区时间内完成对开关管寄生结电容的充放电,实现开关管零电压开通(ZVS)。在精确计算出死区时间内电荷供给量的基础上,根据电荷守恒原则推导得到更精确的临界励磁电感设计公式。最后,搭建实验样机,分别基于传统方法和改进方法进行谐振腔设计,结果表明,改进方法能更准确有效地实现开关管的ZVS。     

基于并联变压器切换的LLC谐振变换器宽范围效率优化控制策略

提出一种基于并联变压器切换控制的LLC(ST-LLC)多谐振腔软开关直流变换器。基于变电感比值k的设计思想,采用多变压器间接并联方法以及切换控制策略构建新的变拓扑结构LLC,在保持软开关特性的同时,实现对变换器效率的有效提升以及对变压器热点的分散设计。对拓扑电压增益特性以及主要工作模态进行详细分析,为变换器工作模式设置提供了理论依据。给出变压器切换控制逻辑,并在此基础上,提出一种最优负荷分区控制策略,拓宽了LLC变换器的高效工作范围。此外,详细推导变压器切换控制点最大功率解析式,给出电路主要元件参数设计流程,并设计制作了一台约1kW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,样机实现了在82%的负载范围内保持90%以上的工作效率。     

基于可控电感的感应电能传输系统效率优化

针对ICPT通用供电平台不同功率等级负载变化时系统效率降低的问题,设计一种改进型可控电感,使得不同功率等级的负载均达到效率最优。基于交流阻抗分析法建立电压型ICPT系统的效率模型,得出不同负载条件下,效率达到最优的最优电感值,并由此得出效率最优时原边发射线圈的最优匝数。通过控制所设计的原边可控电感,调节不同功率下的最优线圈匝数,以保证不同功率等级系统的工作效率均满足要求或达到最优。仿真结果验证了理论分析的正确性和该效率优化策略的有效性。     

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...     

LLC谐振变换器参数设计及优化

介绍了一种应用于手机充电器上的LLC谐振变换器参数的设计方法. 基于高效率，高功率密度的要求，通过研究各参数对电路运行和性能所造成的影响，设计最优化的参数以满足变换器的设计要求，并给出实验结果以验证其可行性     

交错并联LLC谐振变换器的研究

LLC谐振变换器可实现软开关,近年来被广泛应用。但单路LLC变换器输出电流纹波大,输出滤波电容往往需要多只电容并联,对系统的体积、重量和寿命带来了很大的挑战。为解决输出电流纹波较大的问题,可采用交错并联技术,但谐振元件参数的误差使得LLC谐振变换器并联时难以均流。研究了加入输出均流电感实现两路均流的方案,通过计算验证了均流电感的均流原理,仿真分析和实验结果证明了理论分析的正确性。     

一种适用于Y/△接线变压器的励磁电感计算方法

现有的励磁电感计算方法需要使用变压器各侧绕组电流,按照典型的电流互感器配置方案,Y/△接线方式变压器△侧绕组电流未知,故不能直接利用现有方法求得励磁电感。提出了一种适用于Y/△接线变压器的励磁电感计算方法,不需要测量绕组电流,直接利用△侧线电流,在分相列写回路方程的基础上,消去绕组环流的影响,计算各相的励磁电感。EMTP仿真验证了该算法的正确性。结果表明,基于该算法得到的励磁电感能准确、有效、灵敏地识别励磁涌流和内部故障状态,在超高压大容量变压器及220 kV以下电力变压器的保护方面具有较好的工程应用前景。     

LLC谐振变换器参数设计

介绍了一种LLC谐振变换器参数的设计方法。基于高效率、高功率密度的要求,通过研究各参数对电路运行和性能所造成的影响,设计最优化的参数以满足变换器的设计要求,并给出实验结果。     

利用磁滞回线辨识变压器励磁电感研究

针对变压器在空载情况下副边电压,电流数据未知,励磁电感不易获取的缺陷,提出了利用变压器磁滞回线上的离散数据点求励磁电感的方法。该方法具体步骤是首先根据变压器空载时原边的电压电流采样数据点找出此时关于磁链与电流的函数关系（磁滞回线）,然后由磁滞回线上关于磁链和电流的离散数据点找出算法求励磁电感。通过ATP和Matlab软件相结合,仿真出了磁滞回线和相对应的励磁电感,得出了磁滞回线和励磁电感变化情况与理论分析相符。此方法可以求出空载时的励磁电感。     

一种高升压比直流变换器

在分析两类升压型直流变换器拓扑结构的基础上,结合耦合电感类拓扑结构与带自举结构的Luo变换器的特点提出一种高升压比的升压型直流变换器拓扑结构。文中分析了这种拓扑结构工作原理,并且讨论了拓扑在连续模式和断续模式下的工作状态。设计了拓扑的主要参数,并通过实验验证了理论的正确。     

一种基于损耗模型的双有源桥DC-DC变换器效率优化方法

对双有源桥DC-DC变换器(DAB)系统中的各部分损耗进行建模,并依据此模型,以提升效率为目标,对DAB系统进行优化设计。首先,介绍单移相调制策略下的DAB工作原理,并推导漏电感电流有效值的解析表达式。为突出DAB的电流波形特征,引入电压转换比的概念,这一概念与变压器匝比相关。然后,介绍损耗建模方法。DAB系统的损耗主要分为两部分,一部分源于半导体器件;另一部分源于高频隔离变压器及电感。两者的损耗数值不仅由本身的材料特性决定,同时与运行工况紧密相关,如传输功率、电压、电流等。将单移相调制下的DAB电流、电压波形特征,与器件和变压器的本身特性结合考虑,解析建立DAB的稳态损耗模型。并在此基础上,通过数值计算的方法,对电压转换比进行优化设计,同时优化移相比的选择,增强软硬件的适配性,提升DAB的整体效率。最后,通过实验对所建损耗模型及优化方法进行了验证。     

基于励磁电感参数识别的快速变压器保护

为进一步提高电力变压器保护的性能,提出一种基于励磁电感参数识别的变压器快速主保护方案。通过分析T型等效电路中励磁电感在变压器正常运行、铁芯饱和以及内部故障时的特点,构建了基于励磁电感数值大小和波动性的变压器保护判据。研究表明:时域参数识别方法计算得到的励磁电感,在正常运行和外部故障时其数值较大;在内部故障时,由于故障电流为差动电流的一部分,励磁电感的计算数值较小;在铁芯饱和时数值在较大值和较小值之间波动。由于保护判据中考虑了铁芯饱和对励磁电感数值的影响,因此该保护方案能够快速灵敏地识别变压器故障,且不受励磁涌流的影响,具有良好的性能。动模试验验证了该保护方案的有效性,试验结果表明,该方案能够可靠地识别变变压器内部故障。     

提高LLC谐振变换器轻载效率的改进型间歇控制

间歇控制可提高LLC谐振变换器的轻载效率,但存在效率提升效果有限和输出电压纹波大的问题。为解决此问题,提出了一种改进型间歇控制方法。该控制方法在工作时间内将驱动脉冲数固定为3个以获得最优运行轨迹,而关断时间的长短则通过电压环自动调节。所提方法使得变换器在能量传输阶段始终运行在最佳运行轨迹上,从而进一步提高了轻载效率,减少工作脉冲数,有效降低输出电压纹波。对改进型间歇控制方法的原理分析、参数设计及具体实现方式进行介绍,并研制了一台300 W样机。实验结果表明,样机在间歇模式运行段内效率平均提升5.2%。     

一种高压LLC变换器的参数设计方法

建立了一种含变压器分布电容参数的LLC变换器电路模型。采用OrCAD进行频域仿真,在K参数值一定、Q不同的几组幅频特性曲线下,选择具有最佳单调特性的曲线以满足环路稳定性的要求,从而确定了Q参数;同样,在Q参数一定、K不同的几组幅频特性曲线下,选择具有最佳单调特性的幅频特性曲线,从而确定K参数。取K=3、Q=0.31进行时域开环仿真,仿真结果表明变换器的增益随频率增高单调下降,满足了环路稳定的必要条件。采用该参数设计方法设计的高压LLC变换器解决了变压器分布参数大导致轻载条件下电压不稳定的问题,将LLC变换器成功应用于高压输出电源。     

一种新颖的ZVT Boost变换器

脉宽调制（Pulse Width Modulation,简称PWM）Boost变换器被广泛用作DC/DC变换器和功率因数校正装置。提出了一种新颖的零电压转换（Zero Voltage Transition,简称ZVT）Boost变换器,利用能量反馈辅助电路实现了升压管的ZVT和升压二极管的软开关。辅助电路由辅助开关管、耦合电感（反激变压器）和反馈二极管构成。辅助开关管实现了零电流开通和近似零电压关断,变换器的效率较高,电磁干扰低。在辅助开关管关断时,耦合电感将谐振电路中的能量馈送至电源端,功率器件的电压电流应力较低,辅助电路的传导损耗较小。详细分析了该变换器的工作原理,并通过样机进行了验证。     

基于可控谐振电感技术的移相全桥变换器

提出一种应用于移相全桥变换器的可控谐振电感技术(CRI),仅在主电路拓扑结构上增加了一个磁芯,增加了零电压软开关的实现范围,大大提高了轻载状况下的电源效率。在满载或重载工况下,CRI使得寄生谐振电感值和占空比丢失变小,减小了软开关对负载电流的依赖性。同时大大减小了变换器传导电磁干扰(EMI)的发射。建立了一台20 k Hz,30 k W的带有CRI的高频逆变弧焊电源的仿真模型,并搭建了实物样机,仿真和样机实验结果验证了设计方法的可行性。