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。     

双向功率传输串联谐振DC／DC变换器研究

详细研究了一种双向功率传输串联谐振DC／DC变换器。对其工作过程进行详尽分析,并搭建了串联谐振双向DC／DC变换器的实验平台。最后,在该平台上进行了能量正向传递与反向传递的实验,并且验证了开关管软开关的工作特性,实验结果证明了控制方式的正确性和可行性。     

基于LLC谐振变换器的双向DC/DC变换器

在储能系统中,谐振型双向DC/DC变换器因为其优异的特性而得到广泛应用。提出一种基于LLC谐振型双向直流变换器,不仅具有LLC变换器高效率等优点,而且具有能量双向传输的能力。在电路中增加一个辅助电感,实现变换器在正向工作与反向工作时拓扑完全相同。变换器结构简单,无需任何辅助缓冲电路便能实现软开关,适合储能系统中能量双向流动的场合。在采用时域分析与基波分析对变换器的电压增益与软开关条件进行分析的基础上,对变换器的参数进行优化设计。搭建一台5 kW的实验样机,实验验证了变换器结构与设计方法的可行性以及运行效率的优越性。     

串联谐振型双重有源变换器在直流分布式系统中应用

为满足直流分布式系统间的能量调度需求,提出了一种新颖的双向DC/DC变换器--串联谐振型双重有源全桥变换器.通过对激励谐振、自由谐振和零自由谐振3种模式的分析,详细介绍了以高频谐振电流为基础传递能量的谐振变换器的工作原理.能量的双向传输是通过控制谐振电流来实现的.以不同母线间的电压差作为能量流动方向的判断依据,给出了基于谐振槽瞬时能量控制的双闭环控制方案.实验验证了串联谐振型双重有源全桥变换器工作原理分析的正确性,同时也验证了所提出的直流分布式母线问能量双向流动控制方案的可行性.研究结果表明,该变换器可双向传输能量,所有开关工作于定频、定宽状态,全程可实现零电流开关,能量传输效率高.     

电力电子变压器直流变换器拓扑及冗余切换技术研究

介绍了电力电子变压器的直流变换器拓扑结构,对比常见的5种拓扑结构,选取LLC谐振型变换器与双向变换器(DAB)进行了详细的工作原理及软开关特性分析,对电力电子变压器的冗余设计及平滑切换技术提出了一种优化冗余设计方案,与传统方案相比该方案具有较高的稳定性和可靠性,并通过仿真实验验证了该方案的可行性和优越性。     

基于LLC谐振的新型软开关双向DC-DC变换器

为了进一步提升户用储能系统中电池端双向DC-DC变换器的功率密度和效率,提出一种基于LLC谐振的新型软开关双向DC-DC变换器。该变换器有效降低了变压器匝比,提高了转化效率,在非对称半桥拓扑下可实现双向LLC特性,变换器中所有开关管均能实现软开关。同时该变换器结构简单,并可应用同步整流技术,具有效率高、成本低等优势。描述了所提变换器软开关的实现过程,进而分析了谐振特性和相关参数以及软开关的实现条件。最后制作了一台高压侧350～400 V、低压侧45～50 V的500 V·A实验样机,验证了所提变换器的有效性和实用性。     

一种CC/CV平滑切换的宽输出电压充电电路

目前多种动力蓄电池凭借着能量密度高、续航里程长和可循环使用等优势,在新能源汽车领域得到了广泛应用。针对当前以谐振电路为基础构建复合变换器应用于蓄电池充电存在输出电压范围、模式间切换、效率等不同问题,提出了一种四开关Buck-Boost与电容钳位LLC级联复用式变换器作为充电电路。该电路增益曲线的容性区和感性区均可工作,宽调频范围的容性区具有恒流特性,感性区的最佳谐振点具有恒压特性,利于实现蓄电池恒流恒压充电控制。频率与占空比的解耦控制拓宽了变换器的输出电压范围,且负载阻抗连续变化下电压增益连续,利于实现蓄电池恒流恒压平滑切换及满足不同电池充电控制方案,宽增益下的宽调控范围可减少输出纹波。拥有桥臂间移相软开关、复用桥臂增强软开关能力和降低通态电流、变压器低磁链及最终移动于最佳谐振点工作等电路特性,利于实现电能高效传输。仿真与实验结果验证了充电电路全程满足ZVS、ZCS的恒流恒压控制及充电模式间平滑切换特性。     

双向全桥直流变换器的全功率范围软开关控制技术的研究

双向全桥直流变换器不依靠额外的电路就能实现软开关,具有较高的效率。采用传统的纯移相调制方法,传输功率大,但无法在轻载时实现软开关;采用移相加占空比调制方法,可以在全功率范围内实现软开关,但最大传输功率会随着占空比的减小而减小,小占空比情况下功率输出受到限制。本文研究了双向全桥直流变换器的软开关特性,结合纯移相调制和移相加占空比调制的特点,提出一种新的优化控制方法,该控制方法可实现两种调制方法的平滑切换,在实现全功率范围内的软开关的同时又保证了传输功率的最大化。最后,本文在一台12k W的样机上对提出的控制方法进行了验证,实验结果表明了所提控制方法的正确性。     

双向串联谐振变换器固定载频积-移相控制策略

串联谐振变换器由于其高效率、低电磁干扰等优良性能，在新能源系统中得到了广泛的应用。针对传统双向谐振变换器增益范围较窄、双向工作模式切换困难的问题，本文提出了一种双向串联谐振变换器固定载频积-移相控制策略。该控制策略采用变频移相调制方式，维持品质因数与频率相关变量的乘积为优化选取的固定值，实现了变换器所有开关管的零电压开通，并通过改变副边全桥相对于原边全桥的移相角实现宽范围的双向电压增益调节。通过对载频积参数的优化设计，抑制了谐振腔环流能量，提高了变换器的效率。此外，控制策略可以实现双向工作模式的自动切换，切换过程快速、平滑，适用于能量双向流动的储能系统应用场合。最后搭建了原边电压340 V、副边电压52 V、额定功率2 kW的实验样机，验证了控制策略的可行性和优越性。     

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%。     

基于双向零电流开关的分布式储能变换器研究

为提高电池利用率及安全性,分布式储能系统采用高频隔离储能变换器实现低压电池模组到高压直流母线的能量双向传输.为使储能变换器在正反两个方向下均具有较高效率,低压大电流一侧在双向运行时可采用零电流开通和零电流关断,以实现零开关损耗.在分析传统双向全桥DC/DC变换器和LLC谐振变换器存在问题的基础上,提出了一种双向零电流开关储能变换器,通过采用非对称占空比控制,可以实现低压侧在正反向时均具有零电流开关特性,有效减小开关损耗,提高变换器的双向运行效率.分析了变换器的功率传输及电压增益特性,推导了软开关实现条件,并对拓扑结构进行改进以改善电流波形,进一步减小损耗.最后通过仿真和实验验证了拓扑结构及双向零电流开关控制方式的有效性.     

基于变频与中心对称PWM控制的双向DC/DC变换器

以在谐振腔并联电感的双向LLC谐振变流器为研究对象,采用变频与中心对称脉宽调制(PWM)混合控制策略,实现变换器正反向工作时的升降压.通过对采用中心对称PWM控制的变换器特性的时域分析,得到变换器的电压增益仅与占空比有关,与变换器的功率大小和传输方向无关,变换器可以自动实现正反向运行的平滑切换.此外,变换器在正向工作时,变压器初级开关管在全负载范围内均可实现零电压开关(ZVS)开通,变换器在反向工作时,变压器次级开关管在全负载范围内均可实现ZVS开通.通过加入变频控制可以减小开关管的关断电流.最后搭建了一台输入75～130 V,输出400 V的1.6 kW实验平台,验证了理论分析的正确性.     

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。     

一种复合谐振型DAB变换器的研究

针对能量双向流动的隔离型DC-DC变换电路,在考虑高频隔离型变压器励磁电感条件下,以一种对称型复合谐振LLC-DAB双有源桥变换器为研究对象,首先采用傅里叶变换和基波分析法建立该直流变换器的近似等效电路模型,基于双重移相控制方式,推导其功率特性和谐振电感峰值电流、谐振电容峰值电压特点;然后介绍LLC-DAB变换器原副边实现软开关的约束条件,并选择合理的移相区域,保证软开关实现的同时使有功功率得以连续调节;最后通过MATLAB搭建仿真电路模型,仿真结果验证在一定功率范围内,双重移相控制能保证软开关的灵活性且能实现电流应力最小.     

一种开关频率固定的输出可调型有源钳位正激双向谐振变换器

提出一种开关频率固定的输出可调型有源钳位正激双向谐振变换器。不同于传统有源钳位技术,该变换器中的单个有源钳位电路为两个变压器去磁,以简化电路结构,并提供谐振回路实现能量反向传递。同时,输入串联输出并联结构可分担输入电压,减轻单个器件电压应力。采用交错并联PWM的控制策略,以减小输入电流纹波。该变换器开关频率固定,可避免传统调频方式中存在的磁性元件、同步整流驱动设计困难等问题,且具有一定的输出电压调节能力。此外,利用谐振原理,该变换器可实现开关管的零电压开通以及二极管的零电流开关,提升变换效率。详细分析开关频率固定的输出可调型有源钳位正激双向谐振变换器的工作原理以及稳态特性,最后搭建了一台43~53V输入、24V/1.8A输出的实验样机,实验结果验证了理论分析的正确性。     

一种多谐振隔离双向DC-DC变换器

提出一种新型CDT-LC多谐振软开关双向直流变换器。基于传统LLC谐振拓扑,通过引入辅助变压器构建新的谐振结构,不仅保留了软开关高效运行的优点,同时收获了更好的电压增益特性,实现在较宽电压增益范围仍具有较高的工作效率。此外,对拓扑的工作模态以及增益特性进行详细分析,为变换器工作模式设计提供理论依据。在此基础上,计算分析变换器损耗的损耗分布并采用合理的优化方法提高效率。最后,建立2.5kW样机进行实验,验证了变换器的性能与理论分析的正确性,其最高效率可达97%。     

SS式磁耦合谐振无线电能传输系统软开关研究

由于串联-串联式(SS)拓扑的磁耦合谐振无线电能传输系统具有传输距离远、传输功率大、安全便捷等优点,受到人们的广泛关注。但随着工作频率的提高,开关器件会产生较大的硬开关损耗,导致该系统传输效率下降。该系统应用一款实现软开关的全桥变换器,并分析谐振网络中补偿方式特性,计算开关器件的输出电容,给出软开关实现条件和死区时间设计。然后,搭建磁耦合谐振无线电能传输系统实验平台,实验结果表明,相比于传统的软开关,此处实现的软开关使得该系统的整体传输效率提升了4.9%。     

混合型全桥DC/DC变换器及其软启动策略研究

研究了一种混合型移相全桥(HSPSFB)DC/DC变换器,其在能量传输阶段通过脉宽调制(PWM)和谐振方式同时向负载传输能量,通过零电压零电流开关(ZVZCS)技术实现了超前臂和滞后臂开关管的软切换,并且减小了初级环流和次级整流桥电压应力,有效提高了变换器效率。介绍了该变换器各阶段工作模态,并分析了系统启动过程中谐振电流应力高、输出电压建立缓慢的问题。针对该问题,提出了一种变开关频率的软启动策略,在减小初级开关管电流应力的同时,快速平稳地建立输出电压。最后试制了一台实验样机验证其有效性。     

基于软开关Buck/Boost变换器的双向控制研究

基于双向Buck/Boost变换器提出带辅助电感的交错并联式Buck/Boost变换器,可实现开关管的软开关及续流二极管的自然关断,减小开关损耗;交错并联的结构可减小电流纹波,提高输出功率。详细分析了其双向工作原理及软开关实现条件,同时针对开关管采用变压器隔离型驱动电路时带主电关驱动会引起开关管误导通的问题,分析误导通的产生原因并提出软退出的解决办法。最后搭建了一台500 W的双向Buck/Boost原理样机,实现了对锂电池的恒流/恒压充电和恒流放电,以及充放电平滑切换。仿真与实验验证了设计的合理性。     

数字化移相控制隔离型双向软开关变换器

隔离型双向直流变换器作为电力电子变换器的一个新分支,在分布式发电、光伏发电、电动汽车等系统中起着控制能量流动方向和调节能量大小的双重作用,是系统中的核心部分,故有必要对其进行深入的研究.介绍了一种隔离型双向软开关变换器的拓扑结构和工作原理,并推导出了该变换器的数学模型.设计了以TMS320F2812为处理器的控制系统,并阐述了一种简单可靠的基于DSP的数字化移相脉冲生成方法.研制了实验样机.并进行了实验研究.实验结果证实了理论分析的正确性,同时证明所有开关管均可实现软开关.