基于副边LLC谐振变换器的功率处理单元建模与分析

随着航空航天技术的不断发展,航天器对于霍尔电推进功率处理单元(PPU)的需求不断提高,高增益、大功率以及高效的PPU成为研究的主流方向。LLC拓扑能够在全负载范围内实现软开关,因此在PPU阳极电源中具有广阔的应用前景。原边LLC因其原副边增益特性,给阳极电源高增益变换器的谐振电感设计带来极大的挑战。针对上述问题,提出了一种改进的副边LLC谐振拓扑,在保留原边LLC谐振电路软开关特性的同时,有效解决了谐振电感设计问题,使得PPU阳极电源具备高增益的性能。首先利用时域分析法建立了副边LLC拓扑数学模型,其次在模型的基础上给出其峰值增益的计算方法,最后通过一台样机验证了所建模型的正确性并验证了副边LLC电路的有效性。

一种半桥LLC高压电源设计与实现

设计一种基于半桥LLC谐振变换器的高压电源,其基本结构包括逆变电路、谐振电路、倍压整流电路和反馈控制电路,可用于微波功率模块集成电源。为实现高压电源的高效率,详细分析了半桥LLC谐振电路中场效应管零电压开启的实现条件,并给出了实现该条件所需电路关键参数的计算方法。通过计算机仿真辅助优化电路参数,降低了场效应管和变压器的损耗。最后,研制了一台高压电源原理样机,其输出电压为-3000 V,满载输出功率为300 W,在245~300 V输入电压范围内效率大于96%,峰值效率为97.5%。

高频LLC谐振变换器的磁集成和一体化PCB绕组优化设计

研究了一种基于磁集成技术和一体化PCB绕组的高频高密度LLC谐振变换器的优化设计与实现方式。LLC谐振变换器的变压器与谐振电感被集成在一个磁芯中,通过将谐振电感配置在变压器副边以实现两个磁件之间更大的磁通相位差。有限元仿真结果表明,相比于分立磁件,集成磁件的体积降低了12%,磁芯损耗降低了23%。此外,为了减小PCB绕组层间电容引起共模噪声,研究了一种针对全桥整流电路的对称一体化PCB绕组实现方式,部分屏蔽层绕组集成为原边绕组以提高绕组利用率。最后,搭建了一台1.2 MHz-750 W-270 V/48 V的LLC谐振变换器,峰值效率达96.6%,功率密度达44 W/mm^(3),共模电流的对比测试结果也验证了所研究的一体化PCB绕组的有效性。

混合式LLC电路谐振与同步整流数字式控制

针对LLC电路混合式控制的特点,对频率控制和移相控制进行了数字控制的分析与建模。根据混合式LLC电路整流电流总处于断续状态的特点,分析得出输出电压与同步整流驱动占空比呈单峰值的关系,并以一种无需传感器的方法实现电路的同步整流控制,应用最优梯度滞环比较搜索法,能快速准确的搜索到同步整流最优驱动点。最后为减小谐振与同步整流间的控制干扰,利用数字式控制能储存谐振控制频率和相位的优点,对同步整流控制进行解耦,很好地提升了系统的动态性能。以一个输出20A/3.3V实验样机验证论文控制策略的正确性。

LLC谐振电路无传感器同步整流控制策略

针对同步整流驱动优劣改变会引起LLC谐振电路输出电压变化的特点,分析推导出了LLC电路输出电压与同步驱动时间成单峰关系曲线,根据峰值两侧驱动时间改变造成输出电压不同变化率的特点,提出一种无传感器同步整流控制策略。研究了LLC电路三种工作模式下的同步整流驱动时间调节策略,同时为实现同步整流快速调节,采用了变步长调节模式,最后分析了同步整流调节与谐振调节之间的动态关系。搭建了一个36～72V输入,1V/20A输出的实验样机用以验证控制策略正确性,实验结果表明对LLC电路在不同输入和负载条件下都可实现同步整流。

无传感器混合式LLC电路同步整流数字控制策略

详细分析了混合式LLC电路移相模式下的开关损耗,以损耗最小为依据确定了混合控制的最优转换点。根据混合式LLC电路整流电流为近似正弦断续的特点,提出一种与LLC谐振控制共享电压检测且无需额外传感器的同步整流控制策略。该策略采用最优梯度滞环比较算法,可较好实现混合式LLC电路同步整流的数字控制,具有良好的调节速度和精确度。以一个36~72 V输入、3.3V/20A输出的实验样机验证了所提理论的正确性和可行性。

一种无桥高增益单级LED驱动电路及其混合控制策略

中小功率的LED驱动电源中,传统两级LED驱动电源存在体积大、成本高以及传统Boost PFC电路在低压输入时导通损耗大等问题。为此提出一种由无桥二次型Boost PFC电路和DC-DC LLC电路集成的无桥高增益单级LED驱动电路,实现了高电压增益、功率开关器件软开关、一套控制电路和高电路转换效率。针对单级电路在电网输入电压变化引起直流母线电压变动范围大等问题,设计一种适用于所提电路的APWM-PFM混合控制策略,并对混合控制原理和控制过程进行详细分析。最后设计一台200 W的实验样机,在输入电压80~120 Vrms范围内,占空比最大为0.5,最大电压增益为6.7,直流母线电压基于网侧特性和LLC电路特性设计在700 V以内,样机的功率因数值均高于0.990,THD均低于15%。在满载条件下,110 Vrms输入时,样机效率为93.20%,相比于传统无桥PFC,电压增益提高了2.21倍,实现了高电压增益和软开关,有效提升了在低压输入条件下的电路转换效率。仿真和实验结果验证了所提出电路和控制方法的有效性。

全桥LLC变换器短路电流控制方法(Ⅰ)——理论分析

短路限流问题是目前LLC变换器的研究难点之一。基于相平面分析法,本文详细推导了全桥LLC谐振变换器的相平面轨迹,分析了变换器在短路下相平面轨迹的特点,提出了两种适合于全桥LLC变换器限制短路电流的开关管控制方法。两种方法分别采用了基于移相的升频和降频方案,通过设计状态变量的相平面轨迹,可将短路输出电流限制在所需值,同时仍然保证了开关管的ZVS软开关。理论分析表明,相比传统方案,本文提出方法具有更好的短路电流限流效果。

全桥LLC变换器短路电流控制方法(Ⅱ)——损耗分析及实验研究

基于相平面分析法,详细分析了两种全桥LLC变换器在短路情况下开关管的控制方法,给出了短路电流和开关管的应力定量计算。相比传统方案,本文提出方法可以有效地限制短路的输出电流并显著降低开关管电流应力。最后通过仿真和样机实验,表明了理论分析的可行性与正确性。

基于半桥三电平变换器LLC谐振参数的分析设计

在LLC谐振电路中,为了计算谐振元件Lr、Lm、Cr的参数值,以应用在电动汽车充电桩上的半桥三电平LLC谐振电路为研究对象,分析该电路的工作机理,并采用每对开关管关断时间错开,一只先关断,另一只后关断的控制策略,从而实现电路工作在零电压关断工作状态,达到减少开关损耗和实现软开关的目的。基于基波分量简化建模法对该电路建立数学模型,经过理论推导,得出应用于半桥三电平电路中的LLC谐振元件Lr、Lm、Cr的参数设计方法。设计了一款输入电压为600～750 V,输出为750 V/20 A的样机,验证了上述理论分析的正确性和设计方法的合理性。

基于LLC变换器的电动汽车充电机设计

动力电池是电动汽车应用的核心技术之一,应用中需要进行充放电管理,充电机可以把交流电转变为直流电,为动力电池补充能量;本文介绍了一种基于LLC变换器的电动汽车充电机设计方法,LLC谐振电路充电机工作在谐振频率,能够实现ZVS和ZCS,降低开关应力,减小了开关损耗,提高了充电效率;通过分析LLC谐振电路的工作特点,研究变换器的参数设计原理,并根据分析,设计了试验样机,进行了试验验证,获得较好的实验效果。

一种可控谐振电感的半桥LLC电路及其控制

本文提出了一种可控谐振电感的半桥LLC电路,根据输出电流的大小调节谐振电感的感量,从而改变谐振腔的参数,使得开关频率基本维持恒定,同时缩小了LLC变换器轻载打嗝范围,这确保变换器在宽功率范围输出时无噪声,并且具有优良的输出特性。论文详细分析了可控电感的磁路、控制方法以及LLC变换器的工作原理和工作过程,对所提出电路及其控制进行了计算机仿真,并设计了一台输入为740 V,输出为420 V,满载功率为1.8 kW,输出功率范围为10%~100%的样机。计算机仿真与实验结果表明,通过调节谐振参数,使得开关频率基本恒定在140 kHz,在整个功率输出范围内变换器都未进入打嗝模式,输出电压特性好。与传统的LLC电路相比,该电路具有高的转换效率。

多相并联LLC电压型谐振逆变电源控制与调节

目前,逆变电源的相移控制一般应用在单个逆变器中,而逆变电源容量的提高常采用多管并联或高频变压器并联的方式实现。提出了一种控制、调节逆变电源并提高其输出功率的新方法。该方法通过控制多个逆变器间的相移来有效控制和调节逆变电源的输出功率,同时通过多相并联电感-电感-电容(LLC)电压型谐振逆变器来提高逆变电源输出功率。推导出了不同相移控制下各相逆变器输出电流、输出有功功率及负载电流和电源效率的计算公式,并对不同相移时逆变器输出有功功率、无功功率和负载功率进行了仿真分析,同时设计了两相并联相移控制LLC电压型谐振逆变电源实验样机,进行了实验验证。仿真和实验结果表明,所提出的新方法能有效控制和调节逆变电源的输出功率,提高电源容量,简化功率调节过程,降低开关损耗,从而提高系统效率。

基于等效电路模型法双向全桥LLC变换器建模

利用等效电路模型法对双向全桥LLC谐振变换器进行数学建模,构建了其小信号模型,给出了双向全桥LLC变换器的电压增益传递函数,并绘画出不同条件下的电压增益曲线。运用PSIM仿真软件对双向全桥LLC谐振变换器进行了仿真和剖析,给出了双向全桥LLC谐振变换器的仿真原理图及其运行在不同开关频率下的仿真波形图,并剖析了不同开关频率下的工作状态,如零电压开通和零电流关断,以检验等效电路模型法对双向全桥LLC谐振变换器进行建模和剖析的正确性。

一种全桥LLC谐振倍压变换器的电路特性分析

传统变频调制的LLC变换器开关频率变化范围大,且轻载时转换效率偏低。为了减小开关频率变化范围、提高变换器的轻载性能,采用自激移相调制方法,设计了一种全桥LLC谐振倍压变换器。系统分析了该变换器的工作模式和软开关等电路特性,探索了该变换器的工作机理。实验结果表明,在不同负载条件下始终能够实现变换器开关管的零电压开通和整流二极管的零电流关断,验证了所设计变换器的可行性。

一种双电感结构的LLC谐振型PFCAC-DC变换器

传统的AC-DC电源多采用二极管整流,由于大滤波电容和不控器件的存在,造成电路本身功率因数较低,且会对电网侧产生严重的谐波污染。一般方法多采用再级联一级功率因数校正(PFC)电路,来解决谐波污染和功率因数较低的问题,但由此增加了电路级数,增加了电路结构和控制的复杂度,降低了电路的效率。研究了一种基于双电感结构的具有PFC功能的LLC谐振型AC-DC变换电路,单级电路可以实现高功率因数能量变换,提高了电路传输效率。该电路不仅实现了传统LLC谐振变换,保证开关管以软开关方式工作,而且采用双电感结构的PFC电路,运用并联交错技术,较好地克服了电流断续型PFC电路输入电流谐波畸变较大的问题。对该电路拓扑进行了理论分析和仿真研究,实验验证了该电路拓扑的可行性。

LEDLLC谐振驱动电路特性分析与设计

为提高LED负载驱动电路的转换效率、可靠性以及恒流性能,提出了一种采用LLC谐振电路和基于LM3404HV的高集成度恒流模块相结合的驱动电路,侧重讨论了LLC谐振电路的ZVS、空载与短路特性以及恒流电路,并根据理论设计了实验样机,通过样机的实验测试,验证了该LED负载驱动电路的可行性与可靠性.

半桥电流馈入型LLC变换器的补偿电路设计

由于半桥电流馈入型LLC谐振变换器的工作过程相当复杂,很难建立准确的小信号模型,也无法设计相应的补偿电路。基于Saber仿真软件,利用时域仿真的方法获得电路的波特图,即可进行补偿电路的设计。制作了一款适用于单板光伏电池逆变器用半桥电流馈入型LLC变换器,通过仿真和实验,验证了补偿环节和设计方法的正确性。

LLC谐振变换器的分析和设计

正确理解开关稳定电源的工作机制以及合适的建模方法是保证其准确运行的基础。首先,针对LLC谐振变换器的非线性离散的动态系统,剖析了其工作过程,详尽地总结出关键元器件的运行模态。然后,运用等效电路法创建系统的频域模型,得到控制信号即开关频率与开关功率变换器输出的传递函数。为达到稳态要求和系统响应速度的要求,使用比例-微分补偿网络进行补偿。最后,利用S函数设计VCO实现了互补信号,设计了一种控制策略并在Matlab的仿真环境中搭建LLC闭环仿真平台,验证了设计的可行性。

基于UC3863控制的LLC谐振变换器的设计及仿真

设计了一种以UC3863芯片为核心控制芯片的开关电源,其电路采用半桥结构的LLC谐振电路,带有PFC电路,且整个电路设计有自限流功能。分析了LLC谐振变换器整个电路的工作原理及自限流功能的实现。结合交流220 V输入1KW输出电路,分别对PFC电路和主电路进行仿真,仿真结果验证了该设计的可行性。