宽电压输入半桥型LLC谐振变换器设计与实验

半桥型LLC谐振变换器由于拓扑简单、工作效率高而得到广泛研究。此处针对宽电压输入的工作情况,采用脉冲频率调制(PFM),避免了传统PWM控制占空比变化范围大的问题。为了提升变换器效率,对各关键谐振参数进行设计,分析了其对电源输出特性的影响,使得初级开关管实现零电压开通(ZVS),次级二极管实现零电流关断(ZCS)。结合理论数学推导和增益曲线分析,设计了一台100 W的变频半桥型LLC谐振变换器样机,并完成了相关实验,验证了参数设计的正确性,样机的最大效率达到93.95%。同时对变换器进行了损耗分析,以便进一步优化设计。     

用于车载充电机的谐振变换器及其控制策略研究

对于车载充电机应用,传统频率控制的LLC谐振变换器难以实现宽电压范围,也不利于车载充电机的优化设计。为了解决这些问题,基于一种具有混合整流器的谐振变换器,对其控制策略进行研究以实现宽输出电压。在这种结构中,转换器的副边侧整流二极管与输出滤波电容间的两个辅助开关管反接串联,将整流电路构成全桥-半桥的混合整流器。然后,提出了一种窄频率范围的频率控制和一种定频PWM控制,使得谐振变换器可以实现宽电压范围。与传统频率控制的谐振变换器相比,该转换器有如下优点：宽电压范围、低环流损耗、缩小了频率调节范围。最后,MATLAB/Simulink仿真和实验结果验证了该转换器和控制策略的有效性、可行性。     

储能充电用可变结构组合式谐振变换器设计

蓄电池充电主要分为恒压充电和恒流充电两个过程,传统的谐振变换器通常采用调频控制方法实现,该方法存在调节频率过宽的问题。针对此问题,这里提出了一种在恒定频率下实现恒压和恒流输出的电路拓扑。所提组合式谐振变换器可以实现开关管的零电压开通和次级整流二极管的零电流关断,降低了开关管的工作频率范围,从而实现高效率低损耗,减少了元器件的数量,提高了变换器的功率密度。这里讨论了所提变换器的结构及工作原理、电压和电流增益及参数设计方法。最后,通过实验验证了所提谐振变换器拓扑结构的可行性。     

宽电压范围LLC变换器混合控制的研究

针对电动汽车充电机宽输出电压范围和转换效率之间的矛盾,探讨了一种LLC变换器的混合控制方案。在高输出电压段采用调频控制,在中输出电压段LLC工作于谐振模式,采用调节母线电压实现充电电压的控制,在低输出电压段采用同时调节频率和移相角的混合控制策略,以达到在宽电压输出范围内均获得较高转换效率的目的。分析了在低输出电压段变频移相混合控制下的连续和断续工作模式,通过时域分析法推导了电压和电流的表达式,求出了保证开关管ZVS 开通的条件。同时控制频率和移相角变量,可显著减小超谐振频率段的开关频率和关断损耗,在保证调压能力的基础上,提高变换器的效率。在7.5 kW LLC变换器试验样机上,验证了该混合控制策略的有效性。     

高效率LLC谐振变换器的定频混合控制策略

LLC谐振变换器为实现输出电压在宽范围内变化,普遍采用变频控制策略。然而变频控制策略存在谐振参数设计困难、变压器体积较大和电磁兼容等问题。为克服变频控制策略中存在的问题,提出定频变母线电压和移相混合控制策略。通过增大副边开关管零电流关断范围,提高变换器的工作效率和功率密度。分析所提控制策略的工作过程和软开关实现条件,并提出谐振网络参数设计方法。     

高效的LLC谐振变换器变模式控制策略

提出了LLC谐振变换器采用频率调制(FM)和脉冲宽度调制(PWM)的变模式控制策略。输入额定电压时变换器采用FM控制以获得最大性能效率;输入电压降低时,采用非对称占空比PWM控制使变换器处于反激变换模式,获得最大电压增益;在输入电压较高或负载较轻时,采用对称占空比PWM控制,实现全负载范围内开关管零电压开关(ZVS)和整流二极管零电流开关(ZCS),降低开关损耗。对变模式控制策略工作模式以及特性进行了分析,给出了控制方案电路框图。实验结果验证了变模式控制策略的可行性,变换器获得了更高性能效率和更高功率密度。     

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。     

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。     

基于UC3875控制的移相全桥PWM DC-DC变换器

针对传统的全桥移相式零电压零电流开关(FB-PS-ZVZCS)PWM DC-DC变换器在实现滞后桥臂开关管零电流开关(ZCS)的过程中,存在着辅助谐振电路附加损耗较大、软开关实现方式复杂以及功率开关管电压和电流应力高等缺点,提出了一种通过辅助无源钳位网络来实现软开关的全桥ZVZCS PWM DC-DC变换器.采用UC3875作为控制芯片,设计了变换器控制系统.通过一台1kW,25kHz的样机验证了这种软开关变换器相关理论的正确性.     

基于零电压零电流软开关技术的5kWDC/DC变换器设计

针对现有的零电压软开关DC/DC变换器存在环流损耗大、占空比丢失严重、软开关范围窄和高频二极管寄生振荡严重等问题。设计了一种采用有限双极性PWM控制的零电压零电流软开关变换器,可在宽输入和宽负载范围内实现超前管零电流开通、零电压关断,滞后管零电流开关。采用RCD缓冲电路,有效抑制了高频整流二极管寄生振荡。相对于传统的零电压软开关变换器,具有环流损耗低、占空比丢失少和软开关范围宽等优点。     

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。     

蓄电池充电电流控制的LLC谐振变换器研究

LLC谐振变换器电压控制模式通常采用误差放大器输出电压来直接控制开关频率,该控制方法使LLC谐振变换器的增益与频率之间的关系较为复杂,导致补偿网络设计相对较难,动态响应速度较慢,且大多数控制方案都未考虑集成变压器次级漏感带来的虚拟增益对谐振变换器参数设计的影响。针对以上问题,研究了基于充电电流控制的LLC谐振变换器,分析了变压器次级漏感,推导出电压增益表达式。与传统电压模式控制LLC谐振变换器相比,充电电流控制LLC谐振变换器保持了软开关特性,输入瞬态响应速度和负载动态响应速度均有较大提升,无需压控振荡器,在简化反馈回路设计的同时实现了固有前路反馈。文中详细分析了充电电流控制LLC谐振变换器的工作原理和集成变压器次级漏感的考虑事项,最后通过仿真和实验验证了理论的正确性。     

Analysis,design and implementation of a high‐voltage gain DC‐DC converter

An interleaved DC‐DC converter with soft switching technique is presented. There are two converter modules in the adopted circuit to share the load power. Since the interleaved pulse‐width modulation (PWM) is adopted to control two circuit modules, the ripple currents at input and output sides are naturally reduced. Therefore the input and output capacitances can be reduced. In each circuit module, a conventional boost converter and a voltage doubler configuration with a coupled inductor are connected in series at the output side to achieve high step‐up voltage conversion ratio. Active snubber connected in parallel with boost inductor is adopted to limit voltage stress on active switch and to release the energy stored in the leakage and magnetizing inductances. Since asymmetrical PWM is used to control active switches, the leakage inductance and output capacitance of active switches are resonant in the transition interval. Thus, both active switches can be turned on at zero voltage switching. The resonant inductance and output capacitances at the secondary side of transformer are resonant to achieve zero current switching turn‐off for rectifier diodes. Therefore, the reverse recovery losses of fast recovery diodes are reduced. Finally, experiments based on a laboratory prototype rated at 400 W are presented to verify the effectiveness of the proposed converter. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

Hybrid DC–DC converter with high efficiency,wide ZVS range,and less output inductance

In this paper, a new soft switching direct current (DC)–DC converter with low circulating current, wide zero voltage switching range, and reduced output inductor is presented for electric vehicle or plug‐in hybrid electric vehicle battery charger application. The proposed high‐frequency link DC–DC converter includes two resonant circuits and one full‐bridge phase‐shift pulse‐width modulation circuit with shared power switches in leading and lagging legs. Series resonant converters are operated at fixed switching frequency to extend the zero voltage switching range of power switches. Passive snubber circuit using one clamp capacitor and two rectifier diodes at the secondary side is adopted to reduce the primary current of full‐bridge converter to zero during the freewheeling interval. Hence, the circulating current on the primary side is eliminated in the proposed converter. In the same time, the voltage across the output inductor is also decreased so that the output inductance can be reduced compared with the output inductance in conventional full‐bridge converter. Finally, experiments are presented for a 1.33‐kW prototype circuit converting 380 V input to an output voltage of 300–420 V/3.5 A for battery charger applications. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于移相控制的串联谐振变换器稳态分析

将基波分析法应用到基于移相控制的串联谐振变换器,以电路稳态模型为基础计算出变换器的电压增益、电路阻抗、谐振电容电压和谐振电感电流、电压电流应力及功率,得到这些量与工作频率、占空比及等效负载品质因数之间的数学表达式,并通过仿真图形进行直观显示。最后通过搭建的电路进行了实验验证。     

基于滞环区间自适应控制的 MMC 环流抑制方法

模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)是一种可替代传统电压源型换流设备的新型拓扑换流装备,但随着应用电压等级的提升,MMC子模块级联数目大幅增长,相单元中二倍频环流问题尤为明显。通过阐述桥臂内环流与电感压降相互影响机制,在滞环控制的基础上引入区间自适应控制,有效平衡环流抑制效益与开关损耗两者的矛盾,提出滞环区间自适应控制MMC环流的动态抑制法。该方法能够灵活控制桥臂电感压降,控制环流在越限前改变流向,从而将其控制在允许范围内,且无需额外的硬件装置。最后在多电平双端背靠背互联系统Simulink仿真模型中验证该方法对MMC桥臂内环流的抑制效果。     

串并联谐振DC-AC变换器原理分析、建模及仿真

针对串联谐振和并联谐振直流环节变换器存在的谐振峰值电压过高,谐振峰值电流过大的缺点,提出了串并联谐振直流环节变换器拓扑概念。新型软开关变换器的主要优点为：谐振峰值电压可以控制在输入直流电源电压Ｕｓ,谐振频率高,谐振电路开关元件少,控制简单,且各种ＰＷＭ调制策略均可适用。文中分析了该变换器的荼原理,建立了系统的数学模型,进行了多种工作条件下的计算机仿真与实验研究。仿真与实验结果证明了该新型变换器工作     

基于线性最优的MMC子模块电容电压均衡控制策略

为进一步优化模块化多电平换流器(MMC)子模块控制策略,尤其是能够兼顾子模块电容电压波动、桥臂环流二次谐波含量、子模块绝缘栅双极型晶体管(IGBT)投切次数和算法计算量四方面的性能,提出一种基于线性最优解的MMC子模块电容电压均衡控制策略。首先,阐述了子模块电容电压波动和子模块IGBT投切次数之间的相悖性,通过理论分析证明子模块电容电压波动与桥臂环流二次谐波含量之间也存在非线性关系,需寻找适当算法使其三者同时达到最优情况。然后,针对此目标,对传统算法进行优化,增加附加调节子模块功能,并结合子模块电容电压均衡控制策略,详细阐述了所述算法的控制流程及其优越性。最后,通过动模试验对传统控制策略、子模块电容电压均衡控制策略、所提控制策略及其他采用不同数量的附加调节子模块的控制策略进行对比。试验数据表明,所提策略可以在子模块电压波动、桥臂环流中的二次谐波含量和子模块IGBT投切次数三方面达到线性最优。