双向CLLC谐振变换器研究现状与应用前景

双向CLLC谐振变换器是双向直流/直流（direct current, DC）变换器中一类重要拓扑,具有实现软开关频率范围宽、调压范围大、功率密度高等特点。本文从基本拓扑及工作原理、建模分析方法、控制策略和应用这几个方面,对双向CLLC谐振变换器的现有研究成果进行了总结,分析了现有的问题,并提出了未来研究重点。结论表明,双向CLLC谐振变换器仍处于关键技术研究和小容量样机试验阶段,其在储能领域具有广阔的应用前景,是高压大容量双向变换器拓扑的重要发展方向。     

一种谐振型混合调制的电流型高增益双向变换器

为减小双向变换器低压侧电流纹波,改善变换器硬开关现象,降低其闭环系统设计的复杂程度,提出一种谐振型混合调制的电流型高增益双向变换器。该变换器在低压侧全桥桥臂中点加入2个交错并联的Boost电感,在增加变换器增益的同时可减小变换器低压侧电流纹波,高压侧为倍压整流电路,进一步增加了变换器增益,同时利用变压器漏感与谐振电容谐振创造了高压侧开关管ZCS的条件。该变换器正反向均采用PWM+PFM混合调制控制,通过改变占空比调节输出电压,调节开关频率实现高压侧开关管的ZCS,采用该控制方案降低了变换器闭环系统设计的复杂程度,并可减小高压侧开关管的关断损耗。搭建一台600 W试验样机,进行正反向实验,验证所提方案的有效性。     

双向LLC谐振型直流变换器设计与控制

针对直流配电网中连接超级电容的LLC谐振直流变换器,利用双向LLC直流变换器电压稳态增益,设计变换器谐振回路的参数。运用等效电路模型法对双向LLC直流变换器进行小信号建模,分析设计变换器的闭环PI控制器,据此控制超级电容的充放电功率,维持系统母线电压稳定。最后,对所设计的LLC直流变换器在Matlab/Simulink里进行仿真分析,并通过实验样机进行实验验证,通过仿真和实验结果证实了该文所采用的理论分析与设计方法的正确性和可靠性。     

单相逆变器二倍频功率解耦控制策略

针对传统实现单相光伏逆变器输入侧与输出侧的功率解耦方法中所包含的电解电容体积大、寿命短等问题,提出一种应用于双向Buck/Boost有源功率解耦电路的双环准比例谐振控制(PR)策略,并针对电路拓扑设计了参数和控制策略,该控制策略中电压外环采用PI调节保证响应速度,电流内环采用并联多重准PR控制,实现对正弦电流信号的无静差跟踪。搭建Simulink仿真模型验证了所提双环准比例谐振控制策略,有效降低了直流侧母线电压纹波,实现逆变器输入侧与输出侧的功率解耦,且实现了用薄膜电容代替大容量电解电容,提高了系统的使用寿命和可靠性。     

模块化LCC谐振变换器在光伏发电直流并网系统的应用

模块化LCC谐振变换器级联拓扑具有软开关、高功率密度、易于扩展、输出能力强等优势,在光伏并网领域有着极大的发展潜力,但也存在着输出电压不均衡的问题。多模块LCC变换器的不均压问题是由模块间参数偏差引起的,主要通过谐振参数偏差和共模干扰造成模块间不均压。针对容性滤波的两模块LCC变换器,建立了大信号模型计算各模块输出电压及不均压度,并搭建了两模块LCC变换器的样机平台,对所提出的含分布参数影响的两模块LCC模型进行了验证。所提模型可为变换器设计的容差分析提供依据,让模块化LCC变换器拓扑更稳定的应用于光伏并网系统。     

基于布谷鸟算法的电子变压器输出端谐振参数优化

常用来降低电子变压器主开关损耗的方法。目前是基于LLC谐振网络的软开关技术。其中谐振参数的选取是否合适直接影响到电子变压器输出性能的好坏。为此,该文引入布谷鸟搜索算法对谐振参数进行智能优化设计。该搜索算法能够对存在不可导点的目标函数进行优化,并且其特有的巢寄生行为和莱维飞行特性能够使得谐振参数避免陷入局部最优。其优化过程首先利用基波分析法对变换器的参数进行建模,然后分析和研究谐振电感、励磁电感与谐振网络直流增益、输入阻抗角以及原、副边电流、励磁电流的直接关系,从而得到参数优化的约束条件。在此基础上,利用布谷鸟搜索算法优化得到使电路损耗最小的谐振网络参数。最后,以半桥LLC谐振变换电路为例,通过实验验证了在宽输入电压下,全负载范围内,该优化设计方法比"FHA+仿真"法的效率提高了1%～2%,样机最高效率达97%,证明了论文所提优化方法的有效性。     

变速恒频风电机组网侧变换器在电网电压不平衡时控制策略的研究

根据变速恒频风电机组网侧变换器的拓扑结构,建立了电网电压不平衡时网侧变换器的数学模型,提出了在两相静止坐标系下消除直流侧纹波的控制方案,并采用基于预测电流的跟踪控制,实现了电流的无差跟踪。仿真验证了理论分析的正确性。     

基于GaN的准方波Boost变换器拓扑分析

基于实际太阳能无人机的应用背景,对其核心功率变换部分展开深入研究。通过在传统同步整流型Boost变换器基础上增加少量无源元件,利用电感电流的连续性,构造功率开关输出电容放电环节,在保证主功率电感电流纹波较小的情况下实现功率开关的零电压开通,克服传统同步整流型Boost变换器为实现软开关而工作于准方波模式下,电感电流纹波较大的问题,从而有助于延长无人机蓄电池组的使用寿命。从该拓扑的模态分析出发,对功率开关的零电压开通实现过程进行详细分析。此外,对变换器进行参数设计,总结整个变换器的主要损耗计算方法。最后,利用GaN功率开关器件,搭建一台额定功率为500 W的实验样机,并与相同工况下的同步整流型Boost变换器进行对比。实验结果与理论分析基本一致,峰值效率达到96%。验证了理论分析的准确性以及该拓扑的实际可行性。     

变频移相混合式控制CLL谐振变换器

为适应宽范围输入电压场合,该文结合变频控制(variable frequency control,VFC)和移相控制(phase shift control,PSC)这2种控制方式的特点,提出在输入高压时变换器进行移相控制,输入低压时进行变频控制的混合式控制方法。详细分析了在2种不同模式控制下全桥CLL谐振变换器的原理以及特性,并对变换器的谐振网络参数进行合理的设计。以500 W原理样机为例,对混合式控制全桥CLL谐振变换器进行实验验证。实验结果表明在混合控制策略下,全桥CLL谐振变换器能够实现原边开关管的零电压开通(zero voltage switching,ZVS)和副边整流二极管的零电流关断(zero-current switching,ZCS),并具有开关频率变化范围窄、效率高等特点。     

一种应用于光伏系统的软开关双向直流变换器

文章设计了带有源缓冲电路的软开关双向直流变换器,在光伏系统高压侧与低压侧能量交换的过程中,该变换器通过有源缓冲电路实现了其开关管的软开关,很好的解决了开关管寄生二极管的反向恢复问题。根据文章理论试制了一台200 W样机。由实验可知,变换器在boost,buck工作模式下均实现了其开关管的零电压开关,有效减少了变换器的开关损耗。与传统双向直流变换器相比,文章提出的软开关双向直流变换器在较大的负载范围内具有最优效率曲线,表现出良好的性能。     

基于可变拓扑结构LLC变换器的新型混合调制策略

为进一步提升开关电源轻载时的工作效率,基于可变拓扑半桥LLC谐振变换器提出一种新颖的混合调制策略,使变换器在重载、轻载时皆实现软开关,运行效率高。对半桥LLC谐振变换器的工作原理以及工作模式进行详细分析,讨论LLC变拓扑变换器最高效率运行轨迹,在此基础上设计基于最优状态平面轨迹的新型混合调制策略,对其轻载效率和控制品质做进一步优化。仿真结果证实了此技术方案的可行性和有效性。     

储能双向变流器主电路参数设计及控制策略研究

设计了一种适用于电化学储能系统的双向变流器,采用一级变换主电路拓扑结构,交流侧采用LCL滤波器,减少注入电网的谐波,直流侧采用CL滤波器,降低电池侧纹波;介绍了储能双向变流器的工作原理,给出了交流侧LCL滤波器与直流侧CL滤波器设计原则,推导出基于LCL滤波器主电路数学模型,并设计了闭环控制系统。通过仿真和试验表明,该双向变流器主电路参数设计合理,电流谐波小,直流侧纹波小,可满足大容量储能系统的工作要求。     

光储一体化系统三级互联隔离型电力电子变压器研究

该文在分析了模块化多电平变流器、电力电子变压器优劣势的基础上,设计了适用于光储一体化系统的三级互联隔离型电力电子变压器的结构和控制策略。结合光储一体化系统的实际应用情况,将电力电子变压器的整体结构设计成输入级多模块级联、隔离级CLLLC谐振变换器和输出级三电平逆变器的三级互联结构,并在10 kV配电网的整体设计方案下单独对每一级进行了结构及其控制策略的分析,最后在Simulink中进行了仿真,仿真结果表明：该结构中各级均可稳定、可靠运行,且系统整体暂稳态性能良好。     

电动汽车的双向DC-DC变换器多模态控制方法

针对当前电动汽车功率控制过程中存在负载跳变抗干扰性能差、响应速度较慢等问题,提出一种应用于电动汽车的双向DC-DC变换器多模态控制方法。文章详细分析了电动汽车双向DC-DC变换器的拓扑结构和升降压控制模式;结合不同工况下的变换器工作状态,分析电压和电流模式控制,得出其电压、电流开闭环函数;利用多模态控制方法,由变换器的功能控制单元下达电压、电流环给定信号来实现功率波动平抑控制;在MATLAB中搭建了仿真模型。仿真结果表明,文章所提出的控制方法能够较好地实现双向DC-DC变换器的功率波动平抑功能,具有稳定性好、对负载跳变抗干扰性能强、响应速度快的特点。     

串联谐振型三相双有源桥变换器损耗分析

以基于变压器星-角连接的串联谐振型三相双有源桥DC-DC变换器为研究对象.首先,对其工作原理进行详细分析,并推导电感电流、功率表达式,以及软开关条件;其次,将变压器副边电路折算至原边,使谐振变换器的电路模型得到大大简化,并以此为基础进行电路参数选择和硬件设计;然后,通过对变压器、电感、开关管的功率损耗进行分析,建立串联...     

一种宽输入范围的双桥LLC谐振变换器

提出一种新型的宽输入电压范围的双桥LLC谐振变换器。该变换器可以看作是由全桥LLC电路和半桥LLC电路共同构成。相比于传统的变频控制,该变换器采用定频PWM控制,励磁电感值对变换器增益影响较小,可简化谐振参数选择过程,且更有利于磁性元器件的设计。变换器在全负载范围内能够实现原边开关管的ZVS开通和副边二极管的ZCS关断。首先详细介绍该变换器的拓扑结构和驱动时序及工作原理,然后对增益特性及软开关进行分析。最后搭建1台120~240 V输入、24 V/20 A输出的实验样机,对理论分析进行验证。     

一种基于两电感变换器的高压侧移相调制策略

针对电流型两电感变换器存在的高电压尖峰和硬开关问题,以电流型两电感双向直流/直流(direct current/direct current,DC/DC)变换器为基础提出一种高压侧移相的调制策略,使其更适合应用于燃料电池汽车中。该调制策略采用定频PWM控制,在全负载范围内可实现低压侧开关管的自然换流和零电流开关(zero current switch,ZCS)关断,进而抑制关断电压尖峰;通过调节低压侧开关管占空比,可调节变换器功率和增益;通过调节高压侧移相角,可调节电流峰值,控制漏电感电流有效值,从而降低电路整体导通损耗,提升变换器效率。该文首先介绍电路的升压和降压模式的工作原理,然后分析占空比和移相角对电流有效值的影响,最后建立一台400 W的样机,对所提调制策略进行实验验证。     

三端口LLC谐振型变换器研究

为解决多个变换器引起的能量损耗问题,提出一种三端口LLC谐振型结构的变换器,可实现同时向负载端和储能端供能.建立基波近似(FHA)模型,分析变换器的增益特性.传统的脉冲宽度调制(PWM)策略无法实现宽范围零电压开关(ZVS)技术,现有的脉冲频率调制(PFM)控制策略需要复杂的建模过程.研究中设计了改进的PWM-PFM混...     

基于多PR控制的并网逆变器设计与参数整定

在LCL型三相并网逆变器的应用中,电流控制器的结构和参数对系统的性能和输出电流质量非常重要。采用电容电流内环、并网电流外环的双闭环控制策略,在并网电流外环中应用并联多谐振的PR控制器,达到无稳态误差跟踪并网电流基波,减小输出电流中谐波的目的。针对控制系统阶次高,参数设计复杂的问题,采用根轨迹理论分析了双闭环控制器参数对极点的影响,并在此基础上设计控制器参数,从而保证系统有较好的稳定性和动态性能。通过仿真验证了该控制策略和参数整定方法的有效性。     

一种新型软开关功率因数校正变换器

提出了一种新型软开关功率因数校正变换器拓扑结构,分析了工作原理与主要工作波形,通过在传统Boost PFC变换器中加入辅助电路,实现了主开关与辅助开关的软开通和软关断,并分析了软开关条件与占空比,给出了辅助谐振电路的设计,基于选取的参数对主电路进行了仿真分析研究,验证了电路分析的正确性和可行性.