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。     

一种新型车载宽输出范围LLC谐振变换器

LLC谐振变换器由于具有天然的软开关属性而备受青睐,但电压增益可调范围有限,开关频率范围过宽的缺陷限制了其应用场合。鉴于此,这里提出了一种具有模式切换功能的“I-H”型电路拓扑,并且提出了一种不对称脉宽调制(PWM)控制实现三电平,利用谐振电流周期性特性,在不额外引入开关的前提下保证电容均压。通过模式切换以及控制策略的转换,得到低、中、高3种电压增益模式,在不改变输入电压及谐振元件参数的前提下拓宽了输出电压范围。这里将其与传统的LLC拓扑进行对比,对3种电压增益分别进行了模态分析,并分析了变换器的软开关条件,为参数选取提供依据。最后搭建了一台1 500 W的实验样机验证了所提电路拓扑及混合控制策略的适应性和准确性。     

宽输入LLC谐振变换器多电平控制策略

为了满足对宽范围输入电压适应能力与高效率的要求,通过对三电平LLC谐振变换器的控制策略进行调整,得到一种多电平工作模式半桥LLC,该变换器可根据输入电压大小工作在两种电平模式,在不改变谐振元件参数的前提下将输入电压适应范围扩大一倍。对LLC变换器的电压增益特性及功率损耗进行分析,明确了其输入电压适应范围的限制因素。通过分析LLC变换器多电平工作模式及其对输入电压适应范围的影响,确定了多电平工作模式的控制策略。仿真和实验结果证明了多电平工作模式半桥LLC的宽输入适应性以及高效性。     

超宽输入范围的三电平LLC变换器及控制策略

为解决传统LLC谐振变换器输入电压范围较窄的问题,在此提出了一种具有超宽输入电压范围的T型三电平LLC谐振变换器,详细分析了其工作原理及增益特性,并给出了一种融合调频控制、移相控制以及变模态控制等多种控制模式的混合控制策略.与传统的LLC谐振变换器相比,在此提出混合控制策略使LLC谐振变换器的增益比达到8倍以上.最后通过原理样机实验验证了所提电路拓扑及混合控制策略的正确性.     

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。     

半桥三电平双有源桥不对称均压控制策略

半桥三电平双有源桥(HBTL-DAB)电路工作时必须解决三电平侧上下直流母线电容均压问题,在传统对称控制模式中,可通过微调占空比的方法,实现带载情况下的电容电压均衡控制。然而在空载情况下,对称控制模式难以从控制策略上实现上下直流母线电容电压的均衡调节。针对该问题,文中提出一种针对HBTL-DAB电路的不对称控制方法,首先从理论上分析对称模式不能均压的原因,进而根据不对称方法计算空载时上下直流母线电容分别在正负半周期内传输的能量偏差。通过调节该能量偏差实现上下直流母线电容电压的均衡控制,并同时指出影响电压均衡控制效果的主要因素。最后通过仿真,对所述不对称控制方法在多种工况下的运行情况进行验证。结果表明,无论是外部持续存在不平衡因素的工况、只存在初始不平衡因素的工况,还是内部存在脉冲误差的工况,不对称控制方法都能实现空载和带载时的电压均衡控制。     

限制调频范围的不对称多模式宽输出LLC变换器

频率控制的传统LLC谐振变换器往往受限于开关频率的有效调节范围,难以实现宽输出电压范围,为此,研究了一种限制调频范围的不对称多模式宽输出LLC谐振变换器。采用双谐振腔且对应两变压器变比不同的不对称结构,能够根据原边开关组合的不同,使得双谐振腔分别工作在单半桥、双半桥和半桥+全桥3种不同的模式,从而获得3种不同的电压增益,并且保证每种模式之间归一化增益调节范围不超过1.5,可以在窄开关频率范围内实现宽输出电压范围。建立300 W的实验样机,验证了所提变换器可实现1～3倍的宽输出电压范围,并且实现了原边开关管的零电压开通和副边二极管的零电流关断,具有良好的软开关性能,验证了变换器的可行性。     

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。     

一种混合调制的五电平LLC谐振变换器

针对拓宽LLC谐振变换器的电压增益,提出一种五电平LLC谐振变换器,由两个三电平(TL)桥臂、主/辅助变压器、谐振器件和一组整流桥构成。两个三电平桥臂的直流侧并联,交流侧则通过辅助变压器串联。两个三电平桥臂工作在调频或者移相方式下,依据输出电压需求得到低、中、高三种电压增益工作模式。在低电压增益模式下,只有主桥臂电路工作在调频(PFM)方式下。在中电压增益模式,主桥臂工作在定频方式,而辅助桥臂工作在定频+移相方式。在高电压增益模式,主/辅助桥臂同时工作在调频方式下。与传统三电平LLC谐振变换器比较,新电路在低压输出时电路开关频率更低;在同样的谐振参数下,具有更高的电压增益,更适合宽输出范围使用。详细分析了新拓扑的工作原理,并与传统拓扑进行了对比分析。研制了一台90～220 V输出的样机,测试表明在宽输出范围内,低电压增益模式下新拓扑较传统拓扑效率能提升1. 9%,验证了理论分析的正确性。     

新型电压自均衡开关电容多电平逆变器

为了使用更少的器件实现更多的输出电平,同时解决传统多电平逆变器开关器件在高电压下工作时,其电压应力较大,容易损坏的问题,提出一种新型单电源开关电容多电平逆变器拓扑。该开关电容逆变器拓扑通过研究开关电容技术与级联H桥逆变器的结合,采用脉宽调制的方式经过逻辑组合进行调制,实现了高效的电压增益和电平输出。在保证电容电压自均衡的前提下,仅使用单个直流电源输入,产生三倍电压增益的七电平输出。然后,为了进一步拓展该逆变器的应用范围,介绍所提逆变器的扩展结构,并简要分析其工作模式。同时与其他类似拓扑进行对比,证明该拓扑优势。最后为了验证理论分析的正确性,设计了仿真和实验样机,对逆变器的性能进行了详细测试。