高效宽电压增益CLLC谐振变换器分段控制研究

提出了一种新的CLLC变换器的分段控制,解决了传统脉冲宽度调制(pulse width modulation,PWM)和脉冲频率调制(pulse frequency modulation,PFM)存在的软开关范围窄和开关频率变化范围宽等问题.该控制策略基于LLC变换器上的分段控制,在实现软开关前提下,将其三段控制优化为两段,在高、低电压增益时分别采用PFM、对称PWM控制,可实现较大开关增益范围的窄开关频率变化范围,以及全工作区间内的原边开关器件零电压开关(ZVS);分析了针对该控制策略的参数设计、以及基于相关参数的分段区间确定方法;最后,利用MATLAB仿真验证了该方法的可行性与优越性.     

基于CLLC谐振变换器的三级电源变换器单元设计

三级电源变换器因其具备丰富特性而备受青睐.介绍了一种单相三级电源变换器单元的主要设计过程,包括独立控制的输入整流器、中间隔离CLLC谐振变换器以及输出逆变器三个模块.整流及逆变模块均引入比例谐振控制,采用单极性倍频调制.CLLC谐振变换器高频工作实现了开关管的软开关.在Matlab/Simulink中搭建各个模块并集成...     

宽增益高效率LLC谐振变换器拓扑

针对LLC谐振变换器增益负载敏感性强、与效率存在强耦合的不足,提出了一种由LLC 谐振变换器和两开关buck-boost构成的宽增益高效率LLC谐振变换器拓扑。通过采用输入并联与输出串联的方式,分别由LLC谐振变换器传输功率、buck-boost调节输出电压。其中,LLC谐振变换器运行于谐振频率,buck-boost采用PWM调节输出电压。分析了变换器的运行模式,给出了相应的参数设计方法,并进行了仿真验证。最后,对输入30 V、输出200~360 V、360 W样机进行了实验,实验样机增益范围和效率分别为6.67~12、97.4%。仿真与样机实验验证了所提出的宽增益高效率LLC变换器拓扑及其调制方法的有效性。     

宽增益高效谐振型直流变换器技术

直流变换器广泛应用于电动汽车充电系统与光伏发电系统,如何适应输入/输出电压大范围变化,实现直流变换器的宽增益和高传输效率为学术界和工业界所关注。其中,LLC、LLC_LC、LLCLC谐振变换器虽具有高功率密度、低电磁干扰等特性,但存在磁元件与谐振网络参数设计难度大,造成变换器输出不稳定等不足,难以满足实际应用的要求。为此,提出了宽增益高效谐振型直流变换器技术。首先总结了谐振型直流变换器的基本原理,围绕其拓扑结构及调制策略的国内外研究进展,重点就宽增益与高效谐振型直流变换器应用需求进行阐述。然后分析了LLC_LC、LLCLC多模式PWM倍压整流变换器拓扑及调制策略。最后结合仿真与实验验证结果,证明了该宽增益高效谐振型直流变换器拓扑及其调制策略的有效性,最高可实现输出电压范围为1~6.2,转换效率达96.1%,具有较宽广的应用前景。     

CLLC谐振变换器简化最优轨迹控制研究

针对双向CLLC谐振变换器电压输出的动态性能控制方法进行了研究,分析了CLLC谐振变换器的轨迹模型,并基于轨迹模型推导了CLLC谐振变换器的简化最优轨迹控制模型,进行了仿真验证。最后搭建试验平台,使用TSM320F28035芯片进行数字控制,将所提出的CLLC简化最优轨迹控制与线性补偿器进行性能比较,验证了其有效性。     

高增益对称双向LCLC谐振变换器的研究

为了解决双向DC-DC变换器输入、输出电压范围过窄的问题,该文提出一种高增益对称双向LCLC谐振变换器。提出的谐振变换器不是利用变压器的励磁电感参与谐振,而是在变压器的一次侧并联一个LC支路代替变压器励磁电感的作用,使得变换器在电感比较大的情况下仍有较高的增益,兼顾了LLC型谐振变换器在谐振点的高效率和宽的增益范围,且能保证一次侧和二次侧的软开关特性,实现谐振变换器的对称双向运行。该文基于基波分析法建立基波等效模型,推导出变换器的增益公式,分析谐振参数对直流增益特性的影响。最后搭建一台100～200V/24～48V、500W的实验样机,实验结果验证了理论分析的正确性和所提出拓扑结构的可行性及有效性,样机的最大效率达到96.3%。     

宽增益三电平串联谐振双向DC-DC变换器

针对输入电压变化范围较宽且电压等级较高的应用背景,本文提出一种三电平串联谐振双向DC-DC变换器拓扑。新的拓扑采用三电平全桥结构和移相控制技术,通过调节移相角和三电平桥输出电压零电位占空比,用以改变输出电压。综合考虑软开关范围和谐振腔电流等因素,对系统进行建模。通过分析,给出了三电平串联谐振双向DC-DC变换器的参数设计方法。同时,在保证所有开关管均可以实现零电压开关的前提下,有效地扩宽了电压增益范围。最后,设计了一组额定功率为1.6 kW的PSIM仿真系统,验证了拓扑结构和参数设计的可行性。     

软开关高增益Buck-Boost集成CLLC型直流双向变换器

研究一种Buck-Boost集成CLLC直流双向变换器,适用于输入输出共地且宽输入电压范围场合应用。直流双向变换器通过Buck-Boost与CLLC电路原边集成、CLLC副边母线电容叠加到原边母线电容上实现高增益。半桥CLLC电路与Buck-Boost电路集成,通过定频PWM同步控制;有助于开关管在较宽输入电压和负载范围实现软开关、高功率密度。该文分析了变换器的拓扑结构及工作模式,理论推导出变压器匝比取n_1:n_2=1:1即可获得高增益,减小了高频谐振变压器的体积和原边的谐振电流。此外,研究Buck-Boost电感L_b对变换器的软开关特性影响,给出了软开关实现的工作条件。搭建了一台低压侧适用电压20~80V、高压侧适用电压100~400V,双向功率600W的实验样机,实验结果验证了理论分析的正确性及方案的可行性。     

光储系统中CLLC谐振变换器非对称参数设计

传统CLLC变换器的对称式谐振参数由于光伏储能系统两侧电压和负载特性不同,使得双向工作时频率范围不重合从而产生不必要的额外损耗。为解决对称设计中的问题,提出一种非对称参数设计方法,将两侧参数分别设计使得两侧增益范围不相同,提高了效率。同时为解决非对称式设计参数多、计算困难的问题,设计一种迭代式参数整定方法,使参数能够在有效范围内取到最优值。这种设计既可以降低高频充电造成的额外开关损耗,也可以减轻电池放电时的额外导通损耗,同时有效简化了参数计算的复杂度。仿真与实验的结果均证明了设计的有效性。     

具有共谐振支路的定频倍压型宽增益LLC谐振变换器

宽增益和高性能是LLC谐振变换器应用于电动汽车、可再生能源系统等领域的关键,而传统变频控制下存在开关频率范围宽、电压调节性能差的问题。为此,基于倍压整流结构提出一种共谐振支路的改进型拓扑,设计了定频变占空比的调制策略。首先给出了变换器的拓扑介绍及工作原理;其次根据增益特性分析了电感比和品质因数对增益的影响,根据零电压导通(zero voltage conduction,ZVS)条件对参数进行了约束;最后比较了变换器性能。仿真及实验表明,该变换器可实现宽输出电压调节,具有良好的软开关性能。相比于传统变频控制,始终工作在最佳谐振频率点,电路中循环电流小。     

双向全桥LLC谐振变换器的宽增益混合控制研究

随着储能技术的不断发展,实现储能系统与直流电网能量交互的宽电压增益双向DC/DC变换器得到广泛研究。针对带辅助电感的双向全桥LLC变换器,文章提出一种新的混合控制策略,该策略以谐振频率为切换点,在电压增益大于1时采用变频控制,在电压增益小于1时采用变频+移相控制。混合控制下的变换器电压增益宽,频率变化范围小,在工作过程均实现零电压开通,具有较高的工作效率。最后文章通过设计一台输入75V～130V,输出400V的1kW实验样机验证理论的正确性。     

谐振式模块化直流变换器的高增益控制

随着新能源发电并网系统发展和各类新兴直流负载出现,直流配电网得到快速发展,高增益直流变换器成为不同电压等级互联的关键设备。提出了一种基于子模块级联结构的谐振式模块化直流变换器RMDC(resonant modular DC converter)拓扑,并利用子模块电容与桥臂电感构成串联谐振回路实现能量传递,同时级联结构易于获得较高的电压增益。首先分析了RMDC工作原理及关键参数和电压增益之间的数学关系;在此基础上,提出一种高增益控制方法;最后通过仿真和实验结果验证了理论分析和高增益控制方法的有效性和正确性。     

基于低压器件的高效高功率密度串联谐振DC-DC变换器

工作于MHz的串联谐振变换器SRC(series resonant converter)由于简单的结构与全负载范围的原边开关管软开关,可以实现较高的效率与功率密度,适合隔离型DC-DC变换器高频、模块化的发展趋势,因此越来越受工业界与学术界的关注.业界基于高压Si MOSFET的DC-DC模块大多工作在数百kHz,其效...     

基于五元件谐振网络的宽增益直流变换器

LLC三元件谐振变换器受自身结构限制,增益对负载变化敏感、调压范围与转换效率相互制约,且只能通过基波传输功率。对此,该文提出了一种基于LLC-LC五元件谐振网络的宽增益直流变换器,采用多模式倍压整流单元和脉宽调制方式,获得与负载解耦的宽增益;同时,通过五元件谐振网络传输3次谐波功率,提高了变换器的效率。最后,采用PLECS建立仿真模型并制作一台200W实验样机,仿真和实验结果验证了所提直流变换器拓扑及其调制方法的有效性,归一化增益范围为1～4,转换效率达到92.5%。     

基于时域分析的CLLC谐振变换器参数优化设计

基波分析法在偏离谐振频率点时难以给出准确的增益结果,不适用于宽增益范围的应用场合。基于此问题,提出一种新的时域分析法来推导更加精确的CLLC谐振变换器增益表达式,从而指导参数优化设计。首先,分析了基波分析法存在的不足。然后,通过时域分析对不同运行模态下的CLLC变换器进行建模,推导得出更加精确的增益表达式。在满足软开关的前提下,利用推导得出的精确增益公式对电感比k及品质因数Q的取值进行了优化。该方法得到的增益公式精度高且参数设计流程简洁。最后,基于优化设计的参数,搭建了一台1 kW且满足宽增益范围输出的实验样机。仿真与实验结果均验证了时域分析的准确性与参数设计方法的可行性。     

谐振式模块化高增益升压型直流变换器

高压直流变换器是实现不同电压等级的直流电网线路之间互联的关键设备之一。然而传统高压直流变换器多存在增益低、装置体积和重量大等不足。提出了一种谐振式模块化高增益升压型直流变换器(resonant modular high-gain step-up DC/DC converter,RMHGDC)拓扑,利用子模块电容与桥臂电感构成串联谐振回路,采用子模块级联结构获得更高的电压增益。在分析RMHGDC工作原理及关键参量数学关系的基础上,提出了一种高增益控制技术,实验结果验证了本文理论分析及控制的可行性和有效性。     

谐振软开关耦合电感高增益DC-DC变换器

提出一种谐振软开关耦合电感高增益DC-DC变换器,通过引入辅助网络,将Boost变换器的输出二极管替换为开关管,实现全部开关管的零电压导通(ZVS)和二极管的零电流关断(ZCS),并降低开关管的开关损耗,消除二极管的反向恢复问题。同时,变换器输出端为三个输出单元串联,提高变换器的电压增益,避免变换器工作于极限占空比,在实现高升压增益的同时降低开关管电压应力。因此可选取低电压等级、低导通电阻的MOSFET,以提高变换器效率。倍压电容与耦合电感的漏感谐振,可减小开关管关断时刻电流,降低开关损耗,进一步提高变换器效率。研究变换器的工作原理和工作特性,分析开关管ZVS条件。设计制作一台160W的实验样机,实验结果验证了理论分析的正确性。     

基于CLLC谐振变换器的磁集成变压器优化设计

针对车载充电器后级DC/DC变换器,采用CLLC谐振变换器作为主电路拓扑,通过对变压器的磁芯尺寸进行自定义设计,实现用变压器漏感代替变换器谐振电感。为了减小变压器高度、提高功率密度,进一步对初步设计的变压器结构进行了优化,给出了磁芯优化改进的约束条件。最后通过有限元仿真以及样机实验验证了变压器设计理论的正确性和结构改进的合理性。