一种直流微电网混合储能用多谐振三端口变换器

直流微电网内多采用具有高功率密度和高能量密度的混合储能系统维持微电网内功率平衡,并进行电压控制。针对该应用背景,文章提出了一种直流微电网混合储能用多谐振三端口变换器(采用LCLC多谐振结构)。该结构具有3个谐振频率,通过参数设计令3个谐振频率分别为:基频和三倍频的串联谐振频率以及二倍频的并联谐振频率。由于多谐振腔具有基频和三倍频2个串联谐振频率,使得谐振腔能够同时传递基频和三倍频能量,提高了功率传输能力,同时提升了轻载情况下的开关管关断电流,扩大了轻载情况下ZVS软开关范围。此外,提出了一种驱动频率最优化控制方法,根据变换器的输出功率调节驱动频率,以保证变换器的效率最优,同时通过调节移相角的大小和方向控制三端口间的能量传输。最后,设计了1台1.5k W实验样机,并进行了实验验证。     

三端口直流微网母线电压控制器及 多目标控制

提出一种混合储能三端口直流微网母线电压控制器及多目标控制方法。三端口母线电压控制器采用LCLC多谐振结构,可对基频和三倍频能量进行传递,提高能量传递效率。谐振腔电流为基频和三倍频电流的叠加,有效地降低了谐振腔电流峰值。针对LCLC多谐振三端口双向DC-DC变换器中变压器漏感导致超级电容端口与蓄电池端口之间存在功率耦合,无法实现独立控制的问题,建立了端口间的功率耦合模型,并提出了从变换器硬件参数以及驱动频率选择的角度出发减小功率耦合的方法。此外,提出了一种驱动频率最优化控制方法,根据变换器的输出功率调节工作频率,以保证变换器全负载范围内的软开关以及效率最优。同时,提出了兼顾直流母线电压波动快速调节、混合储能能量分配以及三端口变换器驱动频率最优的多目标控制策略。最后,设计一台1.5 kW实验样机,并模拟了直流微网功率波动实验场景。实验结果验证了拓扑结构、参数设计、三端口变换器多目标控制方法的可行性和有效性。     

一种输出并联型CLTCL多谐振软开关直流变换器

提出一种输出并联型CLTCL多谐振软开关直流变换器拓扑,采用双变压器结构且高频变压器二次侧并联,谐振腔内包含多个电容、电感谐振元件。通过合理参数设计,变换器在额定工况下能够同时传递基波和3次谐波有功功率,提高谐振电流利用率,保证较高效率变换,在狭窄的频率范围内实现直流电压增益宽范围可调。功率开关管具有零电压开通(ZVS),二极管同时实现开通、关断过程的零电流软开关(ZCS)或近似零电流,开关损耗得到抑制。双高频变压器的漏感均被相应串联谐振电感吸收,参与谐振过程,寄生参数给电路带来的不利影响被成功削弱。本文基于一台500W的样机进行实验验证,结果表明变换器能够在较宽的负载范围内获得接近95%的较高效率,最高效率点为95.4%;在额定点附近20%的频率范围内实现电压增益从半额定值至额定值可调的有益效果。     

一种双变压器结构的多谐振型软开关直流变换器

提出一种双变压器结构的多谐振型软开关直流变换器。通过在谐振腔内引入辅助高频变压器,变换器获得了包含谐振零点在内的多个谐振频率点。通过合理配置谐振点位置,变换器可在较宽频率范围内保证基波和3次谐波有功功率的同时传递,提高谐振电流利用率并起到抑制无功环流的作用。同时,谐振零点的引入使得变换器具备固有的限流保护能力。此外,变换器能够在全负载范围内实现开关管的零电压开通、二极管的零电流开通和准零电流关断,减小了开关损耗。最后,为了验证所提拓扑的有效性和参数设计方法的合理性,搭建一台额定功率330W的样机进行实验验证,最高效率可达到94.7%。     

一种双CLT谐振软开关直流变换器设计与实现

提出了一种双CLT谐振软开关直流变换器。通过采用双变压器结构,变换器的电压增益曲线不仅具有两个谐振频率点,还具有一个独特的谐振零点,极大地拓宽了输出电压范围,使得输出电压在零至额定值范围内灵活可调。变换器可以在全负载范围内实现开关管零电压开通、二极管准零电流开通和零电流关断;在半载至额定负载范围内实现开关管准零电流关断,在轻载时限制关断损耗,变换器的关断损耗得到有效抑制。同时,在双CLT结构中,两个变压器的一次侧漏感可以作为谐振电感的一部分,削弱了漏感给电路带来的不利影响。最后,设计了一台1k W的样机,其最高效率可达95.3%,实验结果证明了理论分析的可靠性。     

交错并联双向Buck/Boost集成LLC谐振型三端口直流变换器

将交错并联双向Buck/Boost电路与全桥LLC谐振电路通过共用全桥开关单元集成在一起,提出了一种新型的三端口直流变换器,实现了器件共享,降低了体积和成本。该三端口变换器包括两个双向端口和一个隔离的单向输出端口,通过PWM+PFM的混合调制策略,可实现端口间功率流的灵活控制。与传统的移相全桥集成型三端口直流变换器相比,提出的变换器输入电流纹波小,可在宽电压和功率范围内实现一次侧开关管的零电压软开关(ZVS)和二次侧整流二极管的零电流软开关(ZCS)关断,开关损耗小,而且不存在占空比丢失、变压器直流偏磁等问题。研究了该三端口变换器的工作原理、工作模式和端口功率传输模式,并对其增益、软开关等特性进行了深入分析,最后搭建了一台500W的实验样机,实验结果验证了变换器的实用性和理论分析的正确性。     

基于变频控制的串联谐振DC/DC变换器的研究

串联谐振DC/DC变换器具有电路结构简单、在全输入和全负载范围内可实现开关管的ZVS、功率转换效率高等优点,是目前开关电源研究的热点之一。本文分析了基于变频控制的串联谐振DC/DC变换器的工作原理,阐明了变换器在三种不同开关频率下的工作特性,定量地给出了不同工作状态下变换器的输入电压、输出电压、开关频率以及谐振电感等参数之间的关系式。在一台1.5KW原理样机上的实验结果表明,该变换器变换效率最高可达96.3%,所有开关管实现ZVS,不同工作状态时变换器输入输出电压等参数关系与理论分析一致。     

一种高电压增益宽范围软开关双向DC-DC变换器

提出一种高电压增益宽范围软开关双向DC-DC变换器拓扑,其以双向Buck/Boost结构为基础,利用耦合电感的漏感与谐振电容串联谐振,能够在非极端占空比条件下实现高电压增益。耦合电感的漏感与谐振电容组成的谐振腔不仅可以控制循环的漏感能量,还可以抑制谐振电流的变化,使其在低压侧较宽的电压范围内,全负载工况下均能实现软开关。所提拓扑采用低压侧交错并联、高压侧串联的结构,使其具有低压侧电流纹波小、相电流小、开关管及电容电压应力低等优点。详细分析该变换器的工作原理,对其电压增益、软开关条件等稳态工作特性进行研究。最后,搭建一台低压侧40～150V、高压侧400V、功率2kW的实验样机,验证理论分析的正确性。     

一种全桥双谐振CLL谐振变换器的分析与设计

提出一种全桥双谐振CLL谐振DC-DC变换器拓扑。该变换器有两个谐振网络,共用一个变压器。该谐振变换器能在全负载范围内,实现开关管的零电压导通ZVS(zero voltage switching)和副边整流二极管的零电流关断ZCS(zero current switching),变换器开关管的开关损耗低,同时消除了二极管的反向恢复损耗,实现较高效率,适用于分布式电源系统中的直直变换模块。采用基波分析FHA(fundamental harmonic approximation)方法对该谐振变换器进行分析,得到了该变换器的直流增益特性。最后,制作了一台200 W的实验样机,验证了理论分析的正确性。     

一种高频隔离LLC谐振双向直流变换器的实现

针对高压大功率应用场合,将LLC谐振槽引入高频隔离三电平半桥(TLHB)双向直流变换器,提出一种新的拓扑结构。该拓扑具有LLC谐振和TLHB双向直流变换器的优点,可采用低耐压的开关器件,在全负载范围内实现了功率开关管的零电压开关(ZVS)和零电流开关(ZCS),从而提高了开关频率,降低了开关损耗,提高了工作效率。分析了TLHB LLC谐振双向直流变换器的工作原理,给出了谐振槽参数的设计方法,实验结果证明了理论分析的正确性。     

变压器并串联结构全桥LLC谐振变换器研究

提出了一种变压器并串联结构的全桥LLC谐振变换器,两个变压器初级绕组并联,次级绕组串联。该变换器具有良好的软开关特性。相比传统LLC谐振变换器,变压器并串联结构减小了单体变压器初级绕组的电流应力及次级绕组的匝数,有效减小了变压器的单体体积及损耗,且变压器间传输功率自动均衡。重点分析了该变换器的工作原理并推导出其频率增益关系式,分析了变压器间传输功率自动均衡原理,并针对实际中变压器参数的不一致性进行了误差分析。制作的2 kW实验样机验证了该变换器的有效性。     

高开关频率LLC谐振变换器的k-Q分析

针对高功率密度的变换器开关频率正向兆赫兹频率移动,漏感的阻抗不断变大,若忽略变压器次级漏感,LLC谐振变换器会造成电压增益计算存在误差,影响转换效率。在此利用基波分析法(FHA)得到谐振腔的交流等效电路,为了保证高频LLC在软开关区(感性区域)工作,提出了将谐振腔的k-Q关系等式设计准则作为设计指导。此外,在谐振腔参数设计时,为了在输入电压范围内获得高的效率,提出了高频LLC谐振变换器保证高功率因数k的设计准则。最后,制作了一个240 W的LLC谐振变换器样机,在400 kHz的开关频率下进行了实验验证。验证了所提谐振腔设计准则的有效性。     

一种适用于新能源并网的谐振升压变换器

谐振变换器由于可实现开关器件的软开关而十分适用于高压大功率场合。由此提出了一种适用于新能源并网应用场合的谐振升压变换器,该变换器利用LC并联谐振网络可实现很高的电压增益,同时具有开关管零电压开通和近似零电压关断以及整流二极管零电流关断的优点。此外,相比于传统谐振变换器,该变换器在整个负载范围内开关频率变化范围小。阐述了该变换器的工作原理和工作特性,讨论了谐振网络参数的选择,给出了具体的控制电路,并通过一台100V/1k V、1k W的原理样机验证了该变换器的工作原理,最后给出实验结果。     

双向全桥LLC谐振变换器的理论分析与仿真

将LLC谐振网络引入到全桥双向DC-DC变换器中,提出一种新型双向全桥LLC谐振变换器。该变换器主要由传统全桥双向DC-DC电路和LLC谐振网络组成。该电路可以在全负载范围内实现功率开关管的零电压开通关断和整流环节的零电流开通关断。文中介绍和分析了变换器的拓扑结构与工作原理,并通过仿真验证了理论分析的正确性。     

基于LLC的高效率开关电源设计

前级采用Boost+APFC电路,后级采用同步整流技术,以LLC串联谐振变换器为核心,进行了满足谐波要求高效率高功率密度90 W开关电源的设计.在对LLC谐振变换器组成结构与工作原理、零电压、零电流开关工作条件下的频率设定和频率调节输出电压及其增益特性分析的基础上,给出了LLC谐振变换器的具体过程,计算得到了谐振电容、...     

一种适用于宽输入电压范围的三端口变换器

提出一种适用于宽电压范围的H桥三端口变换器。在H桥升降压变换器的基础上引入变压器副边整流滤波电路,形成变换器的第3个输出端口,从而构造出H桥三端口变换器;变换器包括两个双向输入/输出端和一个隔离输出端,分别与输入源、蓄电池和负载相连,同时实现三者的功率控制;变换器的原边电路等效为H桥升降压变换器,可以适应输入源电压宽范围变化的应用需求。详细分析变换器的工作状态及开关模态,分析开关时序对变压器直流偏置电流的影响,提出优化的开关时序控制方式,最后通过实验验证理论分析的正确性。     

基于UC3863的串并联LLC谐振变换器

基于可控频率芯片UC3863的串并联LLC谐振变换器,变压器原边串行连接,副边并行连接。根据串联谐振变换器的特征,开关管零电压开启(ZVS),整流二极管零电流关断(ZCS),功率半导体元件上的开关损耗小。在该变换器中,两个LLC变换器的一次绕组是以串联的方式连接的,从而两个变换器就有相同的原始电流,保证了两个变换器可以提供均衡的负载电流,并且降低了峰值电流。在输出端,两个变换器是并联连接的,它们可以分担负载电流,并减少副边整流二极管上的电流应力。通过在反馈回路中引入变频控制芯片UC3863,来控制PWM序列。对所提出变换器的工作原理,稳态分析以及设计依据做了详细讨论。以输出24 V/21 A变换器为例,验证提出的变换器的特性。     

基于双变压器的复合式谐振三电平零电流开关变换器

针对分布式光伏发电接入中压直流配电网的应用场合,提出了一种基于双变压器的复合式谐振三电平变换器。新型变换器是在传统中性点钳位型三电平电路的基础上,通过添加一个辅助电路实现了基础三电平电路的固定占空比运行,变换器工作于电流断续模式。其中,基础三电平电路传输大部分功率,而辅助电路采用脉宽调制方式,可以实现基础三电平电路在全负载范围内的零电流开关,从而显著降低变换器的开关损耗。重点讨论了辅助变压器变比和谐振电容对开关管电流、谐振电压峰值、谐振电感值大小的影响,提出了相应的参数设计指导原则。最后,制作了一套300～1 500 V/2 kW原理样机对所提变换器的性能进行了验证。     

多模式切换运行的拓扑变换型多谐振软开关直流变换器及参数设计方法

提出一种可支持多模式切换运行的拓扑变换型多谐振软开关直流变换器。该变换器通过引入辅助开关管来改变多谐振腔单元的结构,进而在不同应用场合下表现出自适应的谐振特性。其中,含双变压器的多谐振结构用来满足高电压增益的需求,而五元件多谐振结构则工作在额定点处以保证高效率转换。此外,通过对变换器谐振频率点和峰值增益点位置的合理设计,变换器获得了在狭窄开关频率范围内实现宽电压增益范围和高转换效率的优点。最后,为了验证所提变换器的性能和参数设计方法的有效性,搭建一台额定功率为500W的样机进行了实验验证。当输入电压从80～600V变化时,变换器的输出电压保持400V恒定不变,其最高变换效率达到97.93%。     

高降压比LLC谐振型直流变压器

LLC谐振变换器是一种实用的软开关直流变换器,可在全负载范围内实现软开关。本文针对高压输入低压输出的高降压比场合,研究分析了变压器副边漏感对LLC谐振变换器增益的影响规律,提出了提高LLC谐振变压器外特性和效率的方法。针对高降压比变换需求,提出采用共用开关网络的多变压器PSSP拓扑结构有助于减小谐振漏感提高变压器外特性,分析了变压器参数差异对于均流的影响。论文给出了LLC谐振型软开关直流变压器的设计方法和调试方法,研制了一台250W原理样机。