高频谐振型直流变压器模块设计与研究

此处针对电力电子变压器(PET)中核心直流变换环节,提出了使用LLC串联谐振变换器作为高压大功率的高频谐振型直流变压器的基本模块,并详细分析了各项设计原则,以实现高功率密度条件下高效稳定地直流功率变换。分析了该高频谐振型直流变压器工作原理及稳态增益的频谱特性。通过简化等效电路推导出了该直流变压器谐振轨迹特性,以指导谐振电容的设计。详细分析和推导了高频变压器的磁芯损耗和绕组损耗及变换器开关损耗的计算方法,并研究了影响直流变压器模块效率的各项因素。最后,研制了一台实验型高频谐振型直流变压器,通过实验结果验证了大功率高频谐振型直流变压器模块设计理论的可行性与正确性。     

半桥LLC型谐振变换器的高频变压器设计

高频变压器作为半桥LLC型谐振变换器的核心组件,其设计将影响开关电源的损耗、输出电压的稳定性及发热量等。针对5 kW高频变压器的设计,介绍了高频变压器磁芯选型原则,采用面积乘积法(area product,AP)确定了绕组导线型号和磁芯类型,通过进一步优化计算得到了绕组匝数、变压器损耗及其他相关参数。最终确定的高频变压器参数为:原副边侧绕组导线为18号导线,磁芯型号为EE-100,变压器变比为0.737 5,原副边匝数分别为59和80匝,变压器损耗为16.187 W。     

全桥LLC谐振变换器中变压器的设计

全桥LLC谐振变换器中高频变压器的设计对于提高变换器效率和功率密度至关重要。传统变压器设计方法主要依靠经验,设计相对保守,且当前的产品对于减小体积、降低成本的需求越来越突出。此外,与普通变压器不同,LLC中的变压器同时实现了一个变压器和一个电感的功能,这就需要设置合适的气隙以满足条件。针对以上问题,提出了一套完整的变压器设计方法,包括磁芯选取、线圈设计、气隙计算、高频损耗计算。制作了一台变压器,用于48 V输入、1 kW/400 V输出的全桥LLC谐振变换器,经实验验证了设计方法的合理性和有效性。     

高频LLC谐振变换器的磁集成和一体化PCB绕组优化设计

研究了一种基于磁集成技术和一体化PCB绕组的高频高密度LLC谐振变换器的优化设计与实现方式。LLC谐振变换器的变压器与谐振电感被集成在一个磁芯中，通过将谐振电感配置在变压器副边以实现两个磁件之间更大的磁通相位差。有限元仿真结果表明，相比于分立磁件，集成磁件的体积降低了12%，磁芯损耗降低了23%。此外，为了减小PCB绕组层间电容引起共模噪声，研究了一种针对全桥整流电路的对称一体化PCB绕组实现方式，部分屏蔽层绕组集成为原边绕组以提高绕组利用率。最后，搭建了一台1.2 MHz-750 W-270 V/48 V的LLC谐振变换器，峰值效率达96.6%，功率密度达44 W/mm³，共模电流的对比测试结果也验证了所研究的一体化PCB绕组的有效性。     

大功率多绕组中频变压器的优化设计研究

应用于大功率中压并网系统的电力电子变压器中最关键的元件,即中频变压器(MFT)在系统中起着电气隔离和电压转换等关键作用.介绍了一种采用特殊的磁芯结构和绕组结构的多绕组MFT,并提出了一种MFT优化设计方法.该方法使用面积乘积(AP)法设计MFT的磁芯体积,然后针对具体的变压器结构进行损耗建模分析,通过变量优化使得损耗达到最优.整个优化设计过程相对简单,同时也保证了一定的精确度.最后制作了一台200 kW/30 kHz的MFT样机,并在LLC谐振变换器中进行了实验,其结果验证了优化设计方法的准确性.     

非隔离型LLC谐振变换器分析设计

LLC谐振网络变换器是一种软开关变换器,能够降低损耗、实现高频化、提高效率,在通信电源、电池充电器等方面有着广泛的应用。传统LLC变换器为隔离型的谐振变换器,其中包含一个高频隔离变压器。在功率较大的场合中,隔离变压器设计困难,且漏感较大,导致损耗高,影响变换器性能;另一方面,隔离变压器由两个绕组组成,导致谐振变换器的体积较大,从而影响变换器的功率密度,若直接将其用于高频、高效的非隔离应用场合,不利于其效率和成本优势的发挥。提出一种具有输入输出共地结构的非隔离型LLC谐振变换器,适用于光伏逆变器、LED恒流驱动等非隔离场合。最后搭建了实验平台,实验验证了理论的正确性。     

一种基于遗传算法的高频反激变换器的优化设计

在理论分析的基础上,以优化高频变压器的磁芯功率损耗和绕组功率损耗为目标,以单端反激式变压器为例建立了高频变压器的总功率损耗计算模型。在该功率损耗计算模型的基础上结合从系统角度设计DC-DC变换器的方法,采用一种基于遗传算法的高频DC-DC变换器的优化设计方法,得到了设计参数的最优取值。利用优化设计方法设计了高频DC-DC变换器印制板电路,实验验证了优化设计方法的正确性。     

LLC谐振变换器磁性元器件的优化设计

LLC谐振变换器磁性元器件的优化设计主要包括磁性元件电气参数的优化设计和绕组的优化设计。本文分析了LLC谐振参数对变换器性能的影响,总结出LLC谐振参数的图解法,能快速得到谐振参数的最优值。通过对磁芯窗口磁势和绕组电流的傅里叶分析,可以得到绕组排布的最优设计和导线线径的最优选取,使得绕组损耗最小。     

CLLC双向谐振变换器电感–变压器矩阵式一体化集成与优化设计

文中提出CLLC双向谐振变换器高频谐振电感–变压器一体化磁集成结构。采用矩阵式磁芯结构和非对称绕组结构设计,仅通过一个磁件即实现了双向CLLC谐振变换器中原边高频谐振电感、副边谐振电感和高频隔离变压器的集成,且利用矩阵式磁芯结构布局,实现了磁板中高频磁通抵消和磁通均匀分布,有效降低了磁件体积和损耗。文中详细分析所提出的矩阵式集成功率磁件的磁路模型,并给出集成功率磁件的优化设计方法,最后通过有限元仿真和样机实验证明所提出的电感–变压器一体化集成方案的可行性和有效性。     

LLC谐振变换器磁性元器件的优化设计

分析了LLC谐振参数对变换器性能的影响,总结出LLC谐振参数的图解法,能快速得到谐振参数的最优值。通过对磁芯窗口磁势和绕组电流的傅里叶分析,可以得到绕组排布的最优设计和导线线径的最优选取,使得绕组损耗最小。     

高频LLC变换器平面磁集成矩阵变压器的优化设计

为了进一步提高应用于低压大电流场合中的LLC谐振变换器的效率和功率密度,减小器件并联带来的不均流和局部过热等问题,输入侧绕组串联、输出侧绕组并联的平面磁集成矩阵变压器得到广泛使用。然而,传统矩阵变压器大多采用分离磁心实现,产生的绕组损耗和磁心损耗较大,同时也限制了功率密度的提高。该文基于磁通抵消原理,将原来需要独立磁心实现的矩阵变压器集成到单个磁心中实现,进一步减小了磁心体积和磁心损耗;同时给出一种变压器绕组损耗和磁心损耗计算模型,并基于该损耗模型提出一种磁心损耗与磁心所占印制电路板面积的折中优化设计方法。最后,采用高频宽禁带氮化镓器件,设计了一个功率400W、谐振频率1.5MHz的实验样机,验证了所提平面磁集成矩阵变压器优化设计方法的正确性和有效性。     

矩阵变压器在LLC直流变压器中的应用

随着中转母线变换器的发展,其对于输出功率和功率密度的要求不断提高,然而传统变压器由于其漏感和绕组交流损耗等原因在高频时很难保证变换器的高效率,因此矩阵变压器的概念被提出。本文针对LLC直流变压器(LLC-DCX),应用了矩阵变压器以减小变压器绕组阻抗和漏感,为减小变压器损耗,提出了基于效率优化的矩阵变压器设计方法。同时,本文针对矩阵变压器副边PCB绕组在低压大电流输出场合,通过优化绕组的布局方式,减少连接点损耗和高频下的漏感,实现效率优化的目标。最后,研制了一台1.4k WLLC-DCX原理样机,对理论论证和设计进行了验证。     

电感集成式大容量高频变压器精细化设计方法

针对固态变压器用电感集成式大容量高频变压器进行优化设计,分析了高频变压器漏电感参数、磁芯高频损耗、绕组高频损耗以及温升的计算方法。在此基础上,利用自由参数扫描法建立了大容量高频变压器优化设计流程。按照最优设计方案制作了一台5kHz/10kW纳米晶磁芯高频变压器模型,并对其参数进行实验测试。将解析设计与有限元仿真和实验测量结果进行对比,结果表明模型漏电感、交流电阻和磁芯损耗的相对偏差分别为2.85%、1.49%和5.35%,验证了所提设计方法的有效性。     

双向全桥DC-DC变换器中大容量高频变压器绕组与磁心损耗计算

精确预估非正弦波激励下高频变压器绕组与磁心损耗、研究不同模态下变压器损耗的变化趋势,对于电力电子变压器(PET)精细化设计至关重要。在对PET中间级——隔离式双向全桥DC-DC变换器工作原理进行分析的基础上,建立变换器的近似等效电路模型,得到一种适用于隔离式双向全桥DC-DC变换器中高频变压器绕组损耗计算方法。在计算方波、梯形波电压激励下的磁心损耗时,推导出修正的Steinmetz经验公式简化解析计算式,引入仅与占空比和上升时间有关的修正系数,据此可直接利用正弦波激励下的损耗系数,快速获取典型工作模态下磁心损耗。设计制作一台1.2k V/0.3k V/5k V·A非晶合金磁心高频变压器试验模型,将所提方法的计算结果与有限元仿真和试验测量结果对比,验证了所提方法的有效性。     

一种可控励磁电感的LLC变换器的效率优化

对于LLC谐振变换器轻载效率低的问题,提出一种可控励磁电感的半桥LLC(HB-LLC)谐振变换器。该方案在不改变变换器整体拓扑结构的基础上,只在变压器的两侧磁柱缠绕偏置绕组,通过Buck电路控制偏置绕组电流的大小,通过调节磁芯的磁导率,使得励磁电感的感值发生改变,实现对变换器轻载效率的有效提升。对可控电感的磁路和控制方法进行了详细分析,为谐振变换器工作状态提供理论依据。给出了可控电感的控制逻辑,在此基础上对负荷也进行了分区控制,实现了LLC变换器轻载效率的提高。此外,给出了电路主要元件参数设计流程,并设计制作了一台满载1 kW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,与传统的LLC电路相比该电路具有更高的轻载效率。     

光伏级联并网系统模块单元共模干扰建模及分析EI北大核心CSCD

为提高电能转换效率、降低器件的电压应力,大型光伏发电系统通常采用级联式拓扑、模块化设计。建立光伏级联系统模块单元的共模干扰模型是研究模块化光伏级联系统的电磁兼容特性,实施电磁兼容量化设计的基础。该文首先提出一种多绕组变压器结构电容的测试方法及等效共模耦合电容的计算方法,建立多绕组变压器高频共模耦合模型,对高频多绕组变压器各绕组之间的共模干扰耦合关系进行分析和评估;之后通过研究模块单元的共模干扰产生及耦合机理,建立一种新型LLC谐振变换器共模等效电路模型,并建立模块单元及系统的共模模型;最后,为解决大功率系统传导干扰测试困难的问题,采用退耦电容和高频磁环来隔离外部干扰,对功率缩比样机的共模电流进行测试。实验测试结果验证了所建模型的有效性。     

采用辅助变压器的可调压谐振零电压零电流开关变换器

针对LLC谐振变换器在新能源、储能、数据中心、电力电子变压器等直流配电网大功率应用场景中所存在的调压困难问题,提出了一种采用辅助变压器的可调压谐振零电压零电流开关(ZVZCS)变换器.所提变换器在传统LLC谐振变换器的基础上增加了辅助变压器和辅助半桥,通过调整辅助半桥和一次侧全桥之间的移相角可以调整辅助变压器参与升压的...     

考虑寄生参数的LLC谐振倍压变换器优化设计

在LLC谐振倍压变换器的优化设计中,谐振参数对于变换器的性能具有重要影响。在高压电源中,由于其变压器升压比高,变压器寄生参数往往较大,给LLC谐振倍压变换器的谐振参数优化设计带来了困难。针对LLC谐振倍压变换器,建立了包含变压器寄生参数的电路模型,分析了变压器寄生参数对LLC谐振倍压变换器的影响,并带入参数优化设计过程,推导出了保证软开关条件下谐振电流最小的谐振参数优化设计方法,利用Matlab优化方法对LLC电路进行优化设计。最后通过仿真和实验验证了该方法的正确性和可行性。     

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。     

轨道车辆大功率高频辅助变流器设计研究

介绍了一种基于LLC谐振变换器的轨道车辆大功率高频辅助变流器设计方法,主要对LLC谐振变换器工作原理、核心器件选型及电磁兼容等关键项点进行理论分析和硬件设计,并通过样机试验验证了设计思路,为轨道车辆大功率高频辅助变流器设计提供理论支撑和工程经验。