高增益对称双向LCLC谐振变换器的研究

为了解决双向DC-DC变换器输入、输出电压范围过窄的问题,该文提出一种高增益对称双向LCLC谐振变换器。提出的谐振变换器不是利用变压器的励磁电感参与谐振,而是在变压器的一次侧并联一个LC支路代替变压器励磁电感的作用,使得变换器在电感比较大的情况下仍有较高的增益,兼顾了LLC型谐振变换器在谐振点的高效率和宽的增益范围,且能保证一次侧和二次侧的软开关特性,实现谐振变换器的对称双向运行。该文基于基波分析法建立基波等效模型,推导出变换器的增益公式,分析谐振参数对直流增益特性的影响。最后搭建一台100～200V/24～48V、500W的实验样机,实验结果验证了理论分析的正确性和所提出拓扑结构的可行性及有效性,样机的最大效率达到96.3%。     

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。     

同步控制双向LLC谐振变换器

本文提出了一种同步控制的双向LLC谐振变换器。为使变换器在正向、反向工作时拓扑结构相同,在电路中增加了一个辅助电感。该辅助电感除了可以使双向LLC谐振变换器的双向工作特性完全对称外,还可以帮助开关管实现软开关。文章提出的双向LLC谐振变换器结构简单、控制方法易于实现。当变换器开关频率小于谐振频率时,所有开关管均可以实现零电压开通(ZVS);当变换器开关频率大于等于谐振频率时,软开关特性与传统LLC谐振变换器相同。因此变换器具有较高的效率,很适合应用于能量双向流动的场合。同步控制的双向LLC谐振变换器与传统二极管整流的单向LLC谐振变换器的工作特性存在差别,为了精确分析,文章提出了新的等效电路模型,并给出了同步控制双向LLC谐振变换器的电压增益公式和软开关条件。最后通过实验验证了理论分析的结果。     

双向CLLLC谐振型直流变压器的分析与设计

提出一种双向全桥CLLLC谐振型直流变换器,在保持LLC谐振变换器高效率和高功率密度等优点的同时,具备双向传输能量的能力。所提的变换器无论正向还是反向工作,不需任何缓冲电路即可实现软开关。在采用基波分析法对所提CLLLC谐振变换器电压增益特性、软开关实现条件和变换效率进行分析的基础上,针对其在直流变压器中的应用提出相应的参数优化设计方法。搭建一台1 kW、400~48 V的实验样机,实验结果证实了所提结构和设计方法的可行性和有效性。该CLLLC谐振变换器样机在双向工作模式时的最大效率可达95%。     

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。     

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。     

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。     

基于同步PWM控制的双向CLLLC谐振型 直流变换器运行特性分析

针对直流配网中用于实现电气隔离以及能量双向传输的双向DC-DC变换器,提出了一种基于同步PWM控制的双向CLLLC谐振型变换器。该变换器结构简单,控制易实现,具有良好的软开关能力,较普通变频控制的双向谐振型变换器又具有正反向工作特性一致、能量传输方向自然、平滑切换等特点。该文介绍变换器基本工作原理,并基于等效电路模型对该变换器平滑切换的功率传输特性以及软开关特性展开了详细分析,为变换器中谐振槽的参数设计和优化提供了有效指导。最后研制了一台1.65kW基于GaN HEMT的实验样机,峰值效率达到98.4%,实验验证本文所提变换器的可行性和理论分析的有效性。     

PWM控制的双向LLC谐振变换器

针对能源互联网和电动汽车等所需储能系统,提出一种具有宽输入和宽输出电压范围的双向谐振变换器。该变换器是在双向LLC谐振变换器拓扑结构的基础上,通过在二次侧加入辅助开关构成。变换器采用定频控制方式,利用一次侧全桥-半桥之间的切换配合二次侧辅助开关的脉宽调制(pulse width modulation, PWM),以实现宽增益变换,可以应用在电压增益有4倍变化的场合。所提变换器在工作过程中功率器件均工作于软开关状态,有利于提高变换器效率,采用定频控制有利于变压器的设计。对变换器的正反向工作原理和调制策略进行了详细分析,最后搭建了一台最大功率为3kW的实验样机,实现了400V直流母线与105～420V的蓄电池组之间的双向功率变换,完成了系统实验。实验结果验证了该变换器可实现双向功率变换,并且具有宽电压增益和高效率。     

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。     

基于软开关的双向DC-DC变换电源研究

用较少的开关器件构成一个双向的DC—DC电源变换电路,能将24V蓄电池电压提升至300V,或将300V直流电压变换成24V。电路中使用简单、新颖的开关控制策略,使该电路具有软开关功能。在对电源系统的工作原理进行理论分析的基础上,对其进行仿真和实验,证明系统具有结构简单、工作可靠、转换效率高等特性。     

一种具有恒电压增益和自动功率限制能力的双向LLC-DCX变换器及其调制策略

对于汽车低压辅助电源系统,双电源(48 V/12 V)系统架构已经成为12 V供电系统到48 V供电系统的过渡方案。为提高效率及实现电池组自动均压,研究了低压大电流的双向隔离DC-DC变换器拓扑及其控制方法。首先,提出了一种混合供电系统的架构,可以减小DC-DC变换器的功率容量以及电池组的数量;其次,结合所研究的架构,提出了LLC-DCX(DC-transformer)变换器的同开同关调制策略;再次,在传统LLC变换器中添加钳位二极管限制启动电流,并在过载情况下实现恒功率限制。最后,通过纯模拟控制,采用一台720W(12V/60 A)的LLC变换器样机,对变换器的调制策略、功率分配以及电池均压等特性进行验证,其结果表明了所提出方案的有效性。     

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。     

一种具有自动均压均流特性的组合式LLC谐振变换器

提出一种具有自动均压和均流特性的组合式LLC谐振变换器。该变换器拓扑基于多个LLC模块的ISOP结构,通过在变换器前级开关电容网络中加入飞跨电容实现各串联模块输入端电压的均衡,在不同模块的谐振槽中串联耦合电感实现各模块电流的均衡。该拓扑保持了传统LLC谐振变换器的高效率、软开关和低电磁干扰(EMI)等优良特性,且具有控制简单、系统可靠性高等优点,非常适用于高降压比、大功率输出场合。以两个LLC模块的组合式变换器为例,对该拓扑的均压和均流原理进行详细分析。最后,通过一台输入400~550V、输出48V/24A的实验室样机,对该拓扑的均压和均流效果进行实验验证。     

应用于储能变流器的LLC/CLLC谐振变换器综述

针对储能变流器中高效隔离型DC-DC变换器的应用需求,首先分析了储能变流器高电压输入、宽电压输出及大功率的特点,着重比较分析了LLC/CLLC变换器实现宽电压调节范围、高压大电流输出的方法,并介绍了其软启动控制技术,然后对比LLC变换器分析了CLLC变换器的特点,探讨其应用于高压大电流变流器所面临的问题,最后介绍了两种拓扑在储能中的应用。谐振变换器是实现储能变流器DC-DC环节高效能量传输的有效途径,大功率LLC谐振技术相对CLLC更加成熟。随着大功率谐振技术的发展,LLC/CLLC谐振变换器将在高压、大功率储能系统中具有非常广阔的应用前景。     

适合大电流输入高压输出的软开关直流变换器

首先,提出了一种LLC谐振的软开关直流变换器,其中原边包含4个开关管、2个变压器绕组和1个耦合电容,并利用耦合电容构造了2个变压器绕组同时工作的回路,实现了两者的均流;副边包含2个二极管和2个谐振电容,构成了一个谐振式倍压电路;然后,利用变压器漏感、励磁电感和谐振电容产生LLC谐振来传递能量,各开关管能实现零电流开通,二极管零电流关断,且承受的反向电压为输出电压,关断损耗也很小;最后,分析了电路各阶段的工作原理,推导了电压增益特性,并设计了一款22~28 V输入、360 V输出、额定负载800 W的样机。实验测试结果证明,电路最高效率达到93.5%,同时也证明了电路的有效性。     

耦合电感型Boost-Sepic高增益DC-DC变换器

为了提高DC-DC变换器电压增益,将Boost变换器与Sepic变换器进行有机结合,提出一种耦合电感型Boost-Sepic高增益DC-DC变换器。该变换器把传统Boost-Sepic电路中的电感换成耦合电感一次侧,耦合电感二次侧和2个倍压单元结合变成桥式倍压单元加入传统Boost-Sepic电路中,以此实现变换器的高增益并降低开关管的电压应力。通过理论分析和实验验证表明：该变换器使得电压增益升高,降低开关管的电压应力实现开关管的零电压开通,又减轻了二极管的反向恢复问题。     

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。