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。     

适用于高压宽输入新型三电平LLC谐振变换器

在高压大功率轨道交通电源应用中,常使用三电平变换器,因其主开关管承受的电压应力仅有输出电压的一半.但是三电平输入电压高,伴随高开关损耗,导致效率低下,因此在使用三电平拓扑时需应用软开关技术以降低损耗.提出了一种适用于高压宽输入新型三电平LLC串联谐振变换器,该拓扑不仅能实现良好的软开关性能,而且能实现电流均衡.分析了该变换器的工作原理,通过仿真和实验对该拓扑的有效性进行了验证.     

一种组合式宽输入高效率DC-DC变换器

针对车载DC-DC变换器输入电压变化范围大的问题,提出一种组合式宽输入高效率DC-DC变换器。该变换器包括飞跨电容(FC)型三电平Buck电路和LLC谐振电路两部分,FC三电平Buck电路输出端口与LLC谐振电路输入端口串联,通过控制FC三电平Buck电路占空比实现输出电压调节以适应宽输入电压范围,同时三电平结构降低了开关管电压应力、减小了损耗;LLC谐振电路传输负载所需全部功率,采用定频开环控制以获得高效率和稳定增益,同时实现了电气隔离。详细分析了组合式变换器的拓扑结构、直流增益以及工作效率,并与相同电路构成的级联式变换器进行了效率特性对比,根据组合式变换器的拓扑结构和工作特性,提出一种解耦控制策略,实现输出电压稳定和飞跨电容电压平衡,最后搭建了一个200～400 V输入、12 V/20 A输出的实验电路进行验证,实验结果表明所提组合式变换器的正确性和可行性。     

应用于储能的改进电流型LC并联谐振变换器

针对分布式储能中蓄电池组与直流母线互联的应用场合，提出一种具有高效、宽电流调节范围的改进电流型LC并联谐振双向隔离DC-DC变换器。通过对该变换器简化模型的建立和时域上对该变换器谐振电感电流、谐振电容电压和输出电感电流的推导，得到以平均值表示的电压增益曲线和电流传输比曲线。结果表明，提出的变换器在储能应用中具有较宽的电流调节范围，因此，该变换器用变频调制即能实现对储能充放电的控制。最后，搭建一台7.5 k W、50 V转300 V的实验样机，验证了前述分析的有效性。     

微逆变器系统的DC/DC变换器的研究

微逆变器系统中的DC/DC功率变换具有输入电压低且电压范围宽、输入电流大以及输出电压高的特点.因此微逆变器系统要求DC/DC变换器具有高升压比、高效率和宽输入范围适应性的特点.LLC谐振变换器很好地符合这些要求.为此,研究了应用于微逆变器系统的数字控制的升压型LLC谐振变换器,提出了基于最佳励磁电感的LLC谐振变换器谐振腔参数设计方法,采用TMS320F28335DSP芯片实现了LLC谐振变换器的数字控制,详细地给出了软件系统的实现方法.最后制作了一台300W样机,额定输入电压下满载效率为96.6％,最高效率达96.8％,全输入电压范围内满载效率在96％以上.     

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。     

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。     

基于大功率LLC谐振变换器的中频化辅助变流器

为降低辅助变流器的体积重量,提高功率密度,设计了一种基于大功率LLC谐振变换器的中频化辅助变流器。首先,对中频化辅助变流器拓扑和LLC谐振变换器工作原理进行了介绍,在此基础上对LLC谐振变换器电压增益和频率的设计进行了详细分析,最后进行了仿真和实验验证,为辅助变流器减重增效打下了基础。     

LCC谐振变换器宽输出电压范围参数设计

LCC谐振变换器拓扑适用于航空航天高压大功率场合,而LCC谐振变换器输出电压在宽范围变化,使得谐振网络参数设计困难。在此,使用基波有效值分析法得到谐振变换器的交流等效电路,并提出谐振变换器宽输出条件下的参数优化设计方法,实现LCC谐振变换器在全负载范围内实现功率管的零电压开通和二极管的零电流关断。最后,设计一台输出电压范围在400～800 V变化样机,采用变频控制策略验证了所提宽输出范围谐振网络参数设计方法的正确性。     

非对称半桥交错并联输出式LLC谐振DC-DC变换器设计

LLC谐振变换器由于谐振特性,能够较容易实现软开关和增大变换器功率密度,在中大功率场合得到广泛应用。为了增大功率密度提高输出容量,设计了一种非对称半桥交错并联输出式LLC谐振DC-DC变换器,对变换器的工作过程进行了分析。分析了不同k值对变换器的影响,对谐振网络进行了等效分析。不同谐振频率下变换器分布在不同的工作区域,不同的工作区域中开关MOS管实现软开关过程的难易程度不等。通过仿真和样机测试验证了设计的变换器开关管能够实现零电压开关(ZVS),能够有效减小变换器的开关损耗。     

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。     

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。     

Zero-current Switching Series Resonant High-voltage DC-DC Converter with Series-connected Primary Windings of Center-tapped Transformer

Abstract—This article proposes a novel zero-current switching series resonant inverter-fed voltage multiplier based high-voltage DC-DC converter. The series resonant inverter in the proposed topology has two power switches (insulated-gate bipolar transistors), two resonant capacitors, and only one high-voltage transformer with center-tapped primary windings. The power switches are connected in the form of a half-bridge network. The leakage inductances of the transformer's primary windings together with resonant capacitors form two series resonant circuits. The series resonant circuits are fed alternately by operating power switches with an interleaved half-switching cycle. The secondary winding of the high-voltage transformer is connected to a voltage multiplier circuit to rectify and boost the voltage. The converter operates in discontinuous conduction mode, and its output voltage is regulated by pulse-frequency modulation. Therefore, all the power switches turn ON and OFF at the zero-current switching condition. The main features of the proposed converter are lower power loss, less cost, and smaller size compared to previously proposed series resonant high-voltage DC-DC converters. The experimental results of a 130-W prototype of the proposed converter are presented both for dynamic and steady-state operation. The results confirm the excellent operation and performance of the converter.     

宽输入高增益隔离升压型DC/DC变换器

隔离升压型DC/DC变换器是一类可以将低压直流母线变换成高压直流母线并实现电气隔离的变换器的统称。该技术在新能源发电领域如燃料电池发电系统以及微逆变器系统中应用广泛,其研究热点是宽输入适应性、高增益和高效率功率变换。LLC谐振变换器很好地符合这些要求。为此,研究了基于全桥LLC谐振变换器的高增益隔离升压型DC/DC变换器,提出了单级式和两级式两种方案,单级式方案为输出稳压LLC谐振变换器,而两级式方案为Boost变换器级联输出不稳压LLC谐振变换器。分别提出了LLC谐振变换器在单级式和两级式方案中的基于最佳励磁电感的谐振腔参数设计方法,并且分别通过样机实验验证了所提出的设计方法的有效性。     

新型模块化高压大功率DC-DC变换器

针对高压大功率场合下的直流电压变换需求,提出了一种新型模块化DC-DC变换器。该变换器开关频率低、损耗小,内部无线圈,结构简单,采用模块化设计易于扩展,且控制方式简单,适用于电压等级高、传输容量大的直流输电场合。分别设计了单向DC-DC变换器和双向DC-DC变换器,阐述了2种变换器拓扑结构、工作原理以及控制方式,并通过对比介绍了新型变换器的优势。PSCAD/EMTDC环境下的仿真实验表明,新型DC-DC变换器可以很好地实现直流变压功能,直流电压电流波形理想。     

一种并联输入并联输出的宽范围双向隔离DC/DC变换器

目前,DC/DC变换器广泛应用于新能源发电、电动汽车以及锂电池化成分容等领域。针对低压大电流双向功率传输应用场合,提出了一种输入并联输出并联的宽范围双向隔离DC/DC变换器。该变换器由2个相同的两级式DC/DC变换器组成,前级采用高效率LLC谐振变换器作为直流变压器,以实现电气隔离;后级采用交错式Buck/Boost变换器,保证宽范围电压输出和高动态性能。所提变换器能够实现功率的双向传输,且采用了一种功率方向改变时,无需进行功率流向判断与开关逻辑切换的调制策略,简化了系统的控制策略并提高可靠性。设计了1台3 kW的实验装置,实验结果验证了所提变换器及其控制方法的可行性和有效性。     

应用于电动汽车充电的变频-移相控制方法LLC谐振变换器

LLC谐振变换器有着宽输入范围,良好的软开关特性以及在谐振点降压和谐振点两侧升降压的特性,广泛应用于电动汽车,新能源以及航天系统中。本文研究了LLC 谐振变换器在电动汽车充电领域内的应用,根据电动汽车充电时的输入电压不同及充电所需电压不同,LLC谐振变换器可以在谐振点两侧及谐振点分别使用变频-移相的方式进行调节使其满足充电条件,通过对LLC谐振变换器的拓扑分析,采用了合适的调制策略和控制策略,最终使用变频+移相的控制方式让LLC变换器始终运行在电动汽车充电需求范围内,并实现了升降压以及软开关功能。最后通过Matlab/Simulink进行仿真以及实验,验证了本文研究内容的可行性。     

Analysis and Experimental Validation of an Interleaved LLC Resonant Converter with Reduced Component Count

This paper presents an interleaved LLC resonant half-bridge DC-DC converter with lesser component count. Unlike most of the conventional interleaved LLC resonant converters, the proposed converter uses only one power transformer having two primary windings and one secondary winding. The primary windings of the transformer are fed in parallel via dual resonant tanks by operating the power switches of half-bridge network with interleaved half-switching cycle. Due to parallel feeding, core magnetization current divides equally between primary windings. Consequently, the effective value of magnetization inductance seen at each primary winding becomes twofold of the measured value. An equivalent circuit of converter is derived to validate this phenomenon. The gain characteristics of the equivalent circuit indicate that the maximum gain of converter occurs at relatively lower switching frequency than the conventional two power transformers-based interleaved LLC converters. Consequently, the proposed converter will have same operational characteristics at half magnetizing inductance. The validity of developed equivalent circuit and operational principle and performance of converter are confirmed by both simulation and experimental results of a 1000-W prototype. The experimental results show that for an input voltage of 400 V, converter has maximum efficiency of 96.24% at output power of 1000 W.