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。     

CLLLC双向谐振变换器谐振网络参数设计

CLLLC双向谐振变换器的谐振网络参数对变换器的性能具有至关重要的影响。采用基波分析法对变换器进行建模,将变换器交流电压增益、传输效率以及零电压开通条件作为谐振网络参数选取的三个约束条件,推导出一种简单高效的谐振网络参数设计方法。设计并制作了一台实验样机,实现了开关管的零电压开通和寄生二极管的零电流关断,双向工作时最高效率可达95%。实验结果验证了所提设计方法的可行性。     

LCC谐振变换器非对称移相控制及效率优化方法

提出一种LCC谐振变换器的非对称移相控制方法。该方法采用PWM移相混合调制方式,有两个控制变量,实现了更高的控制自由度。分析LCC谐振变换器的稳态特性,包括输出功率特性、软开关特性以及谐振电流特性。分析结果表明,不同的控制变量组合能够实现同一输出功率,但会导致软开关及谐振电流特性发生变化。在此基础上提出一种效率优化策略,使谐振变换器在输出功率不变的情况下谐振电流降至最低,同时保证了软开关的实现。所提出的方法能够进一步提升LCC谐振变换器的效率。通过仿真及1.9k W样机验证了理论分析及所提控制方法的可行性和有效性。     

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。     

宽增益高效率CLLLC变换器的变频双移相调制策略

在输入电压宽范围变化时,变频调制CLLLC变换器存在开关频率变化范围宽的问题,而移相调制CLLLC变换器难以实现宽范围零电压导通（ZVS）。为了实现宽输入电压CLLLC变换器的高效率,该文提出一种变频双移相调制方法。通过同时调节开关频率、一次侧全桥和二次侧全桥之间的移相角,拓宽CLLLC变换器的增益并提高其效率。采用时域分析法求解变频双移相调制CLLLC变换器的电压增益与谐振电感电流有效值,并分析频率以及移相角对电压增益和谐振电感电流有效值的影响。最后,通过搭建一台100～300 V输入、48 V/400 W输出的实验样机,验证了理论分析的正确性。     

多模式切换运行的拓扑变换型多谐振软开关直流变换器及参数设计方法

提出一种可支持多模式切换运行的拓扑变换型多谐振软开关直流变换器。该变换器通过引入辅助开关管来改变多谐振腔单元的结构,进而在不同应用场合下表现出自适应的谐振特性。其中,含双变压器的多谐振结构用来满足高电压增益的需求,而五元件多谐振结构则工作在额定点处以保证高效率转换。此外,通过对变换器谐振频率点和峰值增益点位置的合理设计,变换器获得了在狭窄开关频率范围内实现宽电压增益范围和高转换效率的优点。最后,为了验证所提变换器的性能和参数设计方法的有效性,搭建一台额定功率为500W的样机进行了实验验证。当输入电压从80～600V变化时,变换器的输出电压保持400V恒定不变,其最高变换效率达到97.93%。     

分散接入式储能系统的调制策略与控制方法

随着电池循环寿命逐渐减少,电池一致性差异逐渐扩大,电池模块间存在日趋严重的并联环流和串联容量失配问题,降低系统经济性和安全性。若将电池模块通过直流变换器接口分散接入PCS直流母线,可以抑制电池参数差异导致的失配缺陷,提高系统效率和可利用容量,但系统能量利用效率会受直流变换器接口的运行效率所限。面向分散接入式储能系统,此处提出了一种双向直流变换器优化调制策略与控制方法,有效拓宽了变换器软开关范围,提高了变换器效率;并且针对该软开关型双向直流变换器,提出了一种优化设计方法,实现最大功率传输。最后构建了实验样机,实验结果显示变换器可以在更宽负荷范围内实现所有开关管的软开关,最高效率达到98.8%,验证了所提调制策略与控制方法的有效性。     

高增益高效率非隔离型谐振开关电容变换器

非隔离型直流变换器具有功率密度高、效率高、成本低等特点,在高压电场供电、静电除尘等场合具有应用需求。然而,现有的非隔离变换器仍面临可扩展性有限、电压增益不足等难题。对此,此处提出了一种高增益高效率非隔离型谐振开关电容变换器(ReSC),利用微亨级谐振电感和硅快速恢复二极管(Si-FRDs)构建模块化升压模块,实现高增益输出。结合所提变换器拓扑,详细分析了其工作原理;考虑功率器件寄生参数,建立了变换器等效模型并对开关过程进行了详细分析,推导了变换器软开关运行条件,分析了采用辅助电感的零电压开通过程。最后搭建了3 kW/10 kV输出、13级谐振开关电容变换器实验样机验证了所提变换器的有效性。     

基于能量模型的临界导通模式Boost变换器软开关方法

在变换器高频化发展的趋势中,功率器件的软开关实现对变换效率的影响更加突出。无辅助电路的临界导通工作模式下,Boost变换器主开关管在特定增益下无法实现软开关。为此,该文提出一种能量模型及相应的软开关实现方法。首先,建立死区前后储能元件能量变化的数学模型。然后,结合死区起止时刻的能量平衡方程,研究软开关无法实现的电路机理。在此基础上,考虑开关管输出电容非线性特征,提出软开关实现方法,避免了复杂谐振过程的时域精确建模,提高软开关实现的准确性。最后,搭建500 W实验样机进行实验,结果表明,相较于对谐振过程建模的传统时域模型,所提方法将实际开通电压降低47%,使峰值变换效率提升0.4%,进而验证了其有效性。     

基于SiC器件的星型三相CLLLC谐振变换器研究

电动汽车V2G需要充电机具备双向功率的传输能力,但目前充电机中常用的LLC谐振变换器只能实现单方向的功率传输。为了解决该问题,在此采用星型三相CLLLC谐振变换器作为充电机的DC/DC变换器主拓扑,并对其运行原理和相关特性进行了分析。为进一步提高DC/DC变换器的效率,采用SiC MOSFET作为主开关器件,并设计了一种专门的驱动电路。最后搭建了一台3 kW的三相CLLLC谐振变换器实验样机,实验结果表明所研制的样机可以实现功率的双向流动,峰值效率达到97.6%。     

一种双变压器结构的多谐振型软开关直流变换器

提出一种双变压器结构的多谐振型软开关直流变换器。通过在谐振腔内引入辅助高频变压器,变换器获得了包含谐振零点在内的多个谐振频率点。通过合理配置谐振点位置,变换器可在较宽频率范围内保证基波和3次谐波有功功率的同时传递,提高谐振电流利用率并起到抑制无功环流的作用。同时,谐振零点的引入使得变换器具备固有的限流保护能力。此外,变换器能够在全负载范围内实现开关管的零电压开通、二极管的零电流开通和准零电流关断,减小了开关损耗。最后,为了验证所提拓扑的有效性和参数设计方法的合理性,搭建一台额定功率330W的样机进行实验验证,最高效率可达到94.7%。     

隔离型双半桥DC-DC变换器的软开关特性

分析了隔离型双半桥(DHB)DC-DC变换器的软开关特性。首先介绍DHB变换器的工作原理,详细分析DHB变换器的软开关过程。通过理论建模和定量分析,给出各开关管实现零电压开通的充要条件。总结谐振电流、变换器输出功率和死区时间与实现零电压开通的三条规律,推导出各开关管软开关实现所允许的变换器最小输出功率的解析表达式。然后,提出一种改进的占空比控制策略,有效地扩宽了变换器的软开关运行范围,有助于变换器实现稳定的软开关运行。最后,通过样机实验验证了所提的理论分析以及改进控制方法的正确性和有效性。     

MOSFET输出电容对CLLLC谐振变换器特性影响分析

在详细分析MOSFET输出电容对CLLLC谐振变换器运行原理和工作特性影响的基础上,针对MOSFET输出电容在续流阶段会产生振荡的问题,提出一种优化的参数设计方法,可在保持自然软开关特性的同时减轻振荡;针对由输出电容引起的变换器轻空载工作时输出电压漂高的问题,采取电压滞环间歇模式控制,可有效将输出电压调节至额定值,同时降低变换器轻空载工作时的损耗;最后,搭建了一台1 k W、400 V/48 V的实验样机,实验结果证明了所提优化设计和控制策略的正确性和可行性。     

基于临界Buck-Boost的新型单级交直变换器

针对现有可高压输入单级交直变换器功率因数校正单元磁性器件数量偏多的问题,本文提出了一种基于临界Buck-Boost和LLC谐振电路的单级交直变换器,所提变换器在实现功率因数校正(PFC,power factor correction)的基础上,既保留了LLC谐振电路软开关的优良特性,又实现了开关管和Buck-Boost电感的磁集成。本文在详细分析所提变换器工作原理的基础上搭建了一台100 W的样机。其中,样机额定工作状态下功率因数(PF,power factor)值为0.974、总谐波失真(THD,total harmonic distortion)为17%、效率为90.6%,所得结果验证了所提变换器的优良特性。     

高降压比LLC谐振型直流变压器

LLC谐振变换器是一种实用的软开关直流变换器,可在全负载范围内实现软开关。本文针对高压输入低压输出的高降压比场合,研究分析了变压器副边漏感对LLC谐振变换器增益的影响规律,提出了提高LLC谐振变压器外特性和效率的方法。针对高降压比变换需求,提出采用共用开关网络的多变压器PSSP拓扑结构有助于减小谐振漏感提高变压器外特性,分析了变压器参数差异对于均流的影响。论文给出了LLC谐振型软开关直流变压器的设计方法和调试方法,研制了一台250W原理样机。     

三元件串联LLC谐振AC/DC变换器的设计

三元件串联LLC谐振变换器由于其高效率、高功率密度及软开关特性,成为目前热点研究的直流变换器之一.在对三元件串联LLC谐振直流变换器进行工作原理分析、电路仿真和工作状态解析的基础上,提出了一种快速和普遍适用的基于三元件串联LLC谐振AC/DC变换器的设计及计算方法,最后试制了一台300W的三元件串联LLC谐振AC/DC变换器样机,其较高的变换效率证明了该变换器的优势,样机的输入电压电流和谐振电流波形验证了该设计和计算方法的正确性.     

CLL谐振变换器谐振电路参数优化设计

CLL谐振变换器谐振网络电路参数的设计关系到变换器性能的好坏。基于基波近似法,并结合特征阻抗分析方法,提出一种CLL谐振变换器谐振网络电路参数优化设计方案。详细分析了CLL谐振变换器的直流增益特性、谐振网络电流有效值和谐振电容电压应力,同时采用特征阻抗分析方法给出了实现开关管软开关的限制条件。实验结果验证了所提方案的正确性。     

CLLLC谐振电路模型改进方法研究EI北大核心CSCD

CLLLC谐振变换器能实现功率双向流动以及全局软开关而广泛应用于电动汽车充电和直流微电网中。文中对CLLLC电路的小信号建模方法和静态建模方法分别进行改进。谐振型变换器,由于其状态变量含高频的开关分量且开关周期平均值为0,因此,无法满足传统状态空间平均法中小纹波假设的条件。对传统扩展描述函数法进行改进,通过正弦和余弦分量的叠加来表示对应的状态变量,并对各状态变量取各模态的加权平均值,建立CLLLC电路的小信号模型。在开关频率小于谐振频率段内,为简化建模中对状态量稳态值的求解计算过程且同时保持高精度,提出一种状态变量优化计算方法,即在等效输出负载中包含开关频率和谐振频率信息,在此基础上对输出电压波形进行简化近似,得到更准确的输出等效负载。该方法可得到与基波近似(fundamental harmonic approximation,FHA)法相同的简化结构,解决了其工作在欠谐振时状态量求解精度低的问题。此外,该模型还可用于电路参数设计,以提高谐振腔参数设计的精度。最后,通过仿真和实验对所提模型进行对比和验证。     

一种双向CLLLC谐振变换器的混合升压控制方法

CLLLC谐振变换器存在频率变化范围较大、升压范围较小的问题,不利于元器件设计及优化.针对CLLLC谐振变换器提出一种混合式升压控制策略,减小了频率变化范围,并使升压范围在变频控制的基础上进一步扩大,在实现软开关的同时能适应更宽范围的电压输入,结构可靠、易于实现.利用时域分析法,分析了混合控制下CLLLC谐振变换器的升...     

CLLLC谐振型直流变换器参数设计研究

CLLLC谐振式直流变换器因具有功率双向传输、电压等级转换效率高、正反向运行特性高度一致等很多优点,被应用在电动汽车直流充电桩.但是由于谐振元件个数较多且过程分析复杂,关于谐振回路参数的选择目前的研究缺少一种明确详细的设计方法.基于基波等效法先建模分析了各参数对变换器运行特性的影响以及软开关实现条件,然后提出了步骤详细...