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.     

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.     

Buck-LLC两级DC/DC变换器双环定频控制策略

Buck-LLC两级DC/DC变换器同时具有源级变换器(Buck变换器)宽电压调节范围和负载级变换器(LLC谐振变换器)软开关的优点。当LLC谐振变换器工作于谐振频率点时,LLC变换器效率的提升可补偿前级Buck变换器带来的效率下降,从而使变换器的总体效率得到提升。针对Buck-LLC两级DC/DC变换器,分析了Buck变换器和LLC变换器的工作原理,研究了Buck变换器电感电流和LLC变换器输出电压反馈的双环定频控制策略。最后,搭建了一台样机进行了实验验证。     

适用于ISOP拓扑的DC/DC变换器研究

在交直流混合微电网和电力电子变压器等领域,由于电压较高、功率较大,通常采用ISOP拓扑进行能量的双向传递,本文研究适用于ISOP拓扑的双向LLC谐振DC/DC变换器,采用H桥2个桥臂驱动脉冲移相的方式,解决变换器预充电电流过冲的问题;对于组成ISOP拓扑的变换器之间的移相特性进行了分析与计算,对ISOP拓扑双向传输能量的均压及均流特性进行了分析与设计;采用均压电阻实现ISOP拓扑串联侧的稳态均压,并对双向LLC谐振DC/DC变换器的谐振网络进行了分析与计算;最后研制出由20个双向LLC谐振变换器组成的ISOP拓扑,对文中提出的设计方法进行验证,试验证实变换器移相启动过程中无电流过冲、并实现了基准桥臂的ZVS和移相桥臂的ZCS或者准ZCS,而且变换器组成ISOP拓扑的动态和静态的均压均流满足要求。     

适用于ISOS拓扑的高压DC/DC变换器研究

在电力电子变压器和直流配电网等领域,需要采用DC/DC变换器双向传输能量。为了适用不同电压等级电网,研究适用于ISOS拓扑的双向DC/DC变换器,采用双向LLC谐振实现能量双向流动时开关器件的ZVS和准ZCS,使用均压电阻实现系统的稳态均压。首先描述双向LLC谐振变换器的工作波形,然后采用基波分析法对电路的增益特性进行分析。将适用于ISOS拓扑的增益特性及软开关的实现条件作为双向LLC谐振网络设计的依据,并对高频隔离变压器和ISOS拓扑的均压电路进行分析与设计。最后研制2个6.25 kW的变换器,对所提出的设计方法进行验证。试验证实变换器能够实现能量双向传输时开关器件的ZVS和准ZCS,并且能量双向流动时变换器具有相同的增益特性,同时变换器的串联不均压度小于3%。     

一种适用于燃料电池车的高升压比DC/DC变换器

基于传统的半桥LLC谐振变换器,提出一种适用于输入低压大电流、输出高电压小电流的高升压比DC/DC变换器。变换器初级采用输入倍流结构,次级采用倍压输出结构,相比于传统拓扑,谐振电容电流应力和输出电容电压应力均减小一半。同时变换器增益增加了一倍。详细分析了变换器的工作原理,给出一套可行的设计方法。并基于TMS320F28335实现了变换器的数字控制。最后研制了一台额定频率为200 kHz的500 W样机,满载效率为95.8%。     

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。     

一种两级式隔离型双向DC/DC变换器的分析与设计

提出了一种两级式隔离型双向DC/DC变换器,该变换器包含一个闭环的前级DC/DC变换器和一个开环的后级LLC谐振变换器。当能量从低压直流母线传输到高压直流母线时,变换器等效为Boost变换器+全桥倍压LLC谐振变换器;当能量反方向流动时,变换器等效为半桥LLC谐振变换器+Buck变换器。通过分析变换器工作原理与设计要点,提出了以效率为目标的中间直流母线电压优化方法,并研制了1台12 V/336 V、1 kW的样机,其优化后的中间直流母线电压额定值为50 V。样机实验结果验证了所提变换器的良好工作性能。     

高输入输出变比的两级式DC/DC变换器

两级式变换器比单级式变换器更适合应用在输入输出变比较高的DC/DC变换场合。研究了一种Buck+LLC谐振全桥的电路拓扑,阐述了LLC谐振全桥的原理和特性,在分析了这种两级变换器的稳定性基础上,通过合理选取前级Buck电路的输出电压、后级LLC谐振全桥变压器变比和谐振元件参数,提高了两级变换的效率。基于上述分析,采用该拓扑结构试制了一台功率1 kW,210～270 V输入,27 V输出的原理样机,并给出了实验结果。     

基于Saber的电动车LLC电源仿真

电动车控制器的辅助电源可采用半桥LLC谐振变换器,为此基于Saber设计了一款DC/DC降压半桥串联谐振变换器。半桥LLC电路采用UC3863作为控制芯片,计算出变压器匝数比、谐振电感、谐振电容等参数后,通过反馈回路采样输出电压和电流,通过隔离脉冲变压器驱动MOSFET管;DC/DC电路采用半桥串联谐振电路,将蓄电池提供的48 V降压到15 V、5 V两路电压。对电源用Saber进行仿真,最终实现了48 V到15 V、5 V的降压输出。     

基于GaN器件的直流配电网用户侧DC/DC变换器设计

隔离型DC/DC变换器连接低压直流配电网和用户侧直流负荷,在低压直流配电系统中起着重要作用, 对其效率和功率密度提出更高的要求。本文采用具有原边开关管零电压开通和副边整流管零电流关断特性的LLC谐振变换器,首先分析变换器的工作原理,对其谐振参数进行选择。使用具有更低的导通电阻和等效输出电容的氮化镓器件作为原边开关管,进一步提高变换器工作频率和效率,降低磁性元件体积。在此基础上,对GaN器件驱动、同步整流和磁性元件进行优化和设计。最后搭建了一台375V/48V/500W的LLC谐振变换器样机,最高效率为97.6%,验证了设计的正确性。     

基于Maxwell的半桥LLC谐振变换器平面磁元件优化设计

LLC谐振变换器广泛应用于分布式电源系统DC/DC变换器的前端和可再生能源发电系统,而LLC谐振变换器的磁元件的集成平面化使其具有高性能、高效率和低成本的优点.介绍一种基于损耗的改进的变换器设计方案,从损耗、增益、空载特性等多角度分析谐振电感、变压器激磁电感、谐振电容的影响,从而确定性能最优的系统参数.由于平面磁元件在DC/DC变换器中起着十分重要的作用,通过有限元分析软件Maxwell对多种结构形式的平面变压器进行数值仿真,确定变压器设计的最优结构,实现对LLC谐振网络的精确控制.     

基于变频控制的串联谐振DC/DC变换器的研究

串联谐振DC/DC变换器具有电路结构简单、在全输入和全负载范围内可实现开关管的ZVS、功率转换效率高等优点,是目前开关电源研究的热点之一。本文分析了基于变频控制的串联谐振DC/DC变换器的工作原理,阐明了变换器在三种不同开关频率下的工作特性,定量地给出了不同工作状态下变换器的输入电压、输出电压、开关频率以及谐振电感等参数之间的关系式。在一台1.5KW原理样机上的实验结果表明,该变换器变换效率最高可达96.3%,所有开关管实现ZVS,不同工作状态时变换器输入输出电压等参数关系与理论分析一致。     

一种新颖的三电平软开关谐振型DC/DC变换器

该文提出一种新颖的三电平LLC串联电流谐振型DC/DC变换器。每个主开关电压应力是输入电压的一半，并且全范围实现ZVS而不用附加任何电路。整流二极管工作在ZCS状态。该变换器通过二次谐振的手段使得以较小的频率变化范围就可以实现较大的输入输出调节范围。整个变换器只需一颗磁元件。该变换器在高压端输入时效率较高，应用在要求有保持时间的电源产品上特别有利。文中通过一个500V～700V输入，54V／10A输出的样机验证了它的工作原理和特点。该样机在额定条件下效率达到94．7％。     

LLC谐振变换器设计中的权衡

LLC谐振变换器是具有低开关损耗、高效率和高功率密度、可以实现ZVS(zero voltage switching)等诸多优点的DC/DC变换器。谐振网络各元件的参数设计对提高变换器的性能有着重要影响。在对LLC谐振变换器的结构与工作原理、直流电压增益特性、实现ZVS的条件的分析基础上,总结出一种简单合理的LLC谐振变换器的设计方法,并对谐振网络各参数的权衡进行详细地分析与讨论,给出了具体的设计过程。最后设计了60k Hz、50 W的LLC谐振变换器,实验结果证实了设计方法的可行性。     

基于MC33067的LLC谐振全桥变换器的应用设计

LLC变换器以其卓越的性能迅速成为DC/DC变换器的首选拓扑,而目前该拓扑大多应用在小功率半桥变换器,而在大功率全桥变换器中的应用还较少。在此提出了一种基于高性能谐振控制器MC33067的LLC谐振全桥变换器设计方案,该拓扑采用了固定死区的互补调频控制方式,巧妙利用了变压器的励磁电感和外置谐振电感与谐振电容发生谐振,实现了初级零电压(ZVS)开通以及次级零电流(ZCS)关断,并给出了输出直流电压48 V,满载功率2 kW的试验结果。试验结果表明,LLC谐振全桥变换器具有高频、高效率等优点,符合电源高功率密度、高效的发展要求。     

Utilization of a series resonant DC link for a DC motor drive

A high-frequency series resonant DC link converter is utilized as a DC motor drive. This system generates a resonant current in a series link, and switching is done at zero current instants, reducing switching losses to a minimum value. A pulse density modulation (PDM) strategy, utilizing a current rectangular loop and an external motor speed feedback loop, controls the resonant converter. A sinusoidal input fundamental current and nearly unity input power factor can be observed in different load conditions. The overall characteristics of the system, including such variables as maximum power, input current, start up, and transient responses, are presented by digital simulation and were verified on an actual prototype system     

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。     

LLC resonant DC–DC converter with series‐connected primary windings of transformer

This paper proposes a zero‐voltage switching (ZVS) LLC resonant step up DC–DC converter with series‐connected primary windings of the transformer. The series resonant inverter in the proposed topology has two power switches (MOSFETs), two resonant capacitors, two resonant inductors, and only one transformer with center‐tapped primary windings. The power switches are connected in the form of a half‐bridge network. Resonant capacitors and inductors along with the primary windings of the transformer form two series resonant circuits. The series resonant circuits are fed alternately by operating the power switches with an interleaved half switching cycle. The secondary winding of transformer is connected to a bridge rectifier circuit to rectify the output voltage. The converter operates within a narrow frequency range below the resonance frequency to achieve ZVS, and its output power is regulated by pulse frequency modulation. The converter has lower conduction and switching losses and therefore higher efficiency. The experimental results of a 500‐W prototype of proposed converter are presented. The results confirm the good operation and performance of the converter. © 2014 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.