具有宽范围输出电压的三电平半桥LLC谐振变换器控制策略

由于三电平变换器的开关管电压应力仅为输入电压的一半,在大功率DC-DC电源、电动汽车充电等应用领域得到广泛的关注和研究。为了实现宽范围输出电压调节控制,克服三电平半桥LLC谐振变换器采用变频调制时电压调节范围小的缺点,将移相调制策略引入三电平半桥LLC谐振变换器控制,分析了其工作过程、电压调节范围及软开关条件,导出了实现软开关的工作状态分界点,由此提出一种三电平半桥LLC谐振变换器移相和变频相结合的混合式调制策略。该策略根据软开关工作状态,切换移相调制和变频调制,以实现全程软开关和宽范围输出电压控制。实验验证了理论分析结果的正确性以及所提调制策略的可行性和有效性。     

CLLLC谐振变换器变频移相控制策略

针对CLLLC谐振变换器存在脉冲频率调制(PFM)的电压增益范围不足、移相调制(PSM) 下只能实现降 压功能、负载投切扰动对输出电压影响较大问题,提出了一种可分别调节开关频率与移相比的变频移相控制方法.该 方法可以根据输入电压范围自由切换控制模态,实现宽电压范围软开关;通过引入线性自抗扰控制(LADRC) 策略, 减小了负载投切扰动对输出电压的影响,并与传统PI算法进行了对比.最后,通过PLECS仿真验证了理论分析的正 确性和控制策略的有效性.     

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%。     

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。     

宽增益高效率CLLLC变换器的变频双移相调制策略

在输入电压宽范围变化时,变频调制CLLLC变换器存在开关频率变化范围宽的问题,而移相调制CLLLC变换器难以实现宽范围零电压导通（ZVS）。为了实现宽输入电压CLLLC变换器的高效率,该文提出一种变频双移相调制方法。通过同时调节开关频率、一次侧全桥和二次侧全桥之间的移相角,拓宽CLLLC变换器的增益并提高其效率。采用时域分析法求解变频双移相调制CLLLC变换器的电压增益与谐振电感电流有效值,并分析频率以及移相角对电压增益和谐振电感电流有效值的影响。最后,通过搭建一台100～300 V输入、48 V/400 W输出的实验样机,验证了理论分析的正确性。     

宽电压范围LLC变换器混合控制的研究

针对电动汽车充电机宽输出电压范围和转换效率之间的矛盾,探讨了一种LLC变换器的混合控制方案。在高输出电压段采用调频控制,在中输出电压段LLC工作于谐振模式,采用调节母线电压实现充电电压的控制,在低输出电压段采用同时调节频率和移相角的混合控制策略,以达到在宽电压输出范围内均获得较高转换效率的目的。分析了在低输出电压段变频移相混合控制下的连续和断续工作模式,通过时域分析法推导了电压和电流的表达式,求出了保证开关管ZVS 开通的条件。同时控制频率和移相角变量,可显著减小超谐振频率段的开关频率和关断损耗,在保证调压能力的基础上,提高变换器的效率。在7.5 kW LLC变换器试验样机上,验证了该混合控制策略的有效性。     

单相逆变器的新型混合软开关电流控制策略

零电压软开关的控制模式可使逆变器的转换效率提高,但在传统的边界电流零电压控制方法下,由于边带宽度快速变化,调制会使开关管的导通损耗和电感磁芯损耗增大。为了提升逆变器的工作效率并缩小开关管开关频率的变化范围,提出一种新型混合软开关电流控制模式,使开关管通过在零电流和零电压的混合软开关环境中工作来进一步提高逆变器的转换效率。搭建了一个全桥逆变器硬件试验平台,采用全数字电流控制的方式对所提新型控制方法进行验证。试验结果证明,该电流调制策略可使逆变器的工作效率较传统的控制策略进一步提高,开关管开关频率范围缩小,电感通态电流值减小。     

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。     

半桥三电平LLC变换器宽范围输出电压控制策略

半桥三电平LLC(HBTL-LLC)谐振变换器电压应力小、功率密度高、软开关范围大,因此受到广泛关注和应用,但存在输出电压可调范围小、软开关难以实现等问题。这里在分析HBTL-LLC谐振变换器工作原理的基础上,提出一种3段式混合控制策略:增益较大时采用调频控制,而在增益较低时采用移相控制,若移相角达到实现软开关的临界值且增益仍然偏高,则采用变频burst控制,从而扩大输出电压的调节范围,提高低压输出时的电源效率。最后,设计了一台500 V/15 A样机并进行了相关分析和实验,结果验证了所提3段式混合控制策略的可行性和有效性。     

基于广义状态空间建模的串联谐振DC/DC变换器主动软开关控制策略

基于广义状态空间平均法，利用脉冲频率调制-脉冲宽度调制(pulsefrequencymodulation-pulsewidth modulation,PFM+PWM)调制提供的双自由度提出一种可以同时调节输出电压以及实现开关器件主动软开关的控制策略，可以根据器件主体损耗情况“主动”切换软开关模式，兼顾整体效率提升与负载调节范围的扩展。分析全桥型串联谐振直流变换器工作频率高于谐振频率时的3种运行模式，并通过谐振腔参数设计避免特殊断续电流模式的发生；通过广义状态空间平均法建立包含调制环节在内的系统基波截断小信号模型，其数值扫频结果与物理模型展现出极高的精确度，并能精确反映拍频极点；定义反映多输入多输出系统能控程度的灵敏度矩阵，依据此设计实现输出电压调节及主动软开关的双链路线性控制策略。MATLAB/Simulink仿真及样机实验验证表明，所提控制相比传统脉冲频率调制具备更高的整体效率以及更宽的负载调节范围。     

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。     

一种新型的有源软开关变换器

为实现一种结构简单,高效,高频,低的电压应力,简于控制的软开关升压变换器,提出一种有源辅助谐振换流新型软开关变换器,即通过采用简单的有源辅助谐振网络实现了主、辅开关管的软开关,主开关管实现了零电压零电流开通、零电压关断,开关管电流电压应力小,辅助开关管实现了零电压零电流关断、零电流开通,特别适用于以绝缘栅双极型晶体管(...     

LCC谐振变换器非对称移相控制及效率优化方法

提出一种LCC谐振变换器的非对称移相控制方法。该方法采用PWM移相混合调制方式,有两个控制变量,实现了更高的控制自由度。分析LCC谐振变换器的稳态特性,包括输出功率特性、软开关特性以及谐振电流特性。分析结果表明,不同的控制变量组合能够实现同一输出功率,但会导致软开关及谐振电流特性发生变化。在此基础上提出一种效率优化策略,使谐振变换器在输出功率不变的情况下谐振电流降至最低,同时保证了软开关的实现。所提出的方法能够进一步提升LCC谐振变换器的效率。通过仿真及1.9k W样机验证了理论分析及所提控制方法的可行性和有效性。     

基于变频-移相混合控制的L-LLC谐振双向DC-DC变换器

随着储能系统的不断发展及其在直流分布式系统中的广泛应用,充当储能与直流分布式系统能量交互接口,调节范围宽、运行效率高的双向直流变换器得到深入的研究。提出一种基于变频-移相混合控制的L-LLC谐振双向直流变换器,具备宽泛的增益及功率范围,可实现输入侧开关管的零电压开通和输出侧整流管的零电流关断,运行效率高。对变频-移相控制下L-LLC的运行状态及特性进行了精确的描述分析,从理论层面论证采用变频-移相混合控制的合理性并提出一种简单的变频-移相混合控制实现方法。样机实验结果验证了L-LLC谐振双向直流变换器理论分析的正确性及其在运行效率和调节范围两方面性能的优越性。     

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。     

一种多模式复合调制的L-R型LCC谐振变换器

提出一种多模式复合调制的线性-谐振(L-R)型LCC谐振变换器.该变换器根据Boost调制的思路,结合传统LCC谐振变换器,实现了电感电流线性-谐振型变化的转换,具有全负载范围的软开关特性.在复合调制方式下,变换器能实现3种工作模式的互相转换以适应宽输出电压和负载变化范围的应用场合,解决了传统LCC谐振变换器在轻载条件...     

基于移相控制的三电平LLC谐振变换器宽电压范围输出的分析与设计

LLC谐振变换器拓扑具有高效率和高功率密度的优势,广泛应用于DC-DC变换器场合。因为传统LLC谐振变换器难以适应宽电压范围输出,采用移相控制拓宽三电平LLC谐振变换器的系统增益范围,减小工作频率范围,提升轻载下的系统效率。移相模式下采用传统基波近似法分析时,系统增益曲线会与实际值偏差较大,分析其原因后,采用时域分析法建立了精确度更高的系统增益曲线,依据时域分析模型,提出了一种三电平LLC谐振变换器电感比(励磁电感与谐振电感的比值)的设计方法。实验结果表明:移相控制将增益范围从0.8~1.0提高到了0.5~1.0,并且采用所提电感比设计方法 ,软开关实现良好。     

A fully soft switched high step-up SEPIC-boost DC-DC converter with one auxiliary switch

This paper proposed a new single-ended primary inductor converter (SEPIC)-boost DC-DC converter that uses only one auxiliary switch to create soft switching condition for all semiconductor devices. The auxiliary circuit comprises one power switch (S_a), one resonant inductor (L_r), one resonant capacitor (C_r), and one diode (D_o2). The auxiliary switch (S_a) controls the resonance during switching instants. The converter has simple structure and its control circuit remains pulse width modulation (PWM). Besides, the proposed converter has high voltage gain without using any transformer or coupled inductors. In addition, the auxiliary switch is not located in the main power path. Moreover, using soft switching techniques is the best way for reducing the size, weight, and volume of the converter. Furthermore, reduction of input inrush current and voltage stress for the main switch is obtained by using SEPIC-boost structure. A laboratory prototype converter is designed and implemented. The experimental results presented confirm the theoretical and features of the proposed converter.