变化负载下全桥LLC谐振变换器参数优化设计

LLC谐振变换器在软开关特性方面有一定的局限性。针对可变负载条件下LLC谐振变换器软开关特性不稳定的问题,本文结合ZVS/ZCS边界推导了软开关约束条件,提出一套基于全桥LLC谐振变换器变化负载下参数优化设计方法,以提高系统的稳定性和效率。方案不仅考虑谐振电感、电容和变压器的参数优化,还充分考虑负载变化对软开关行为的影响。文中介绍了全桥LLC谐振变换器的工作原理,并对电压增益与谐振网络阻抗特性进行较为细致的分析。根据上述设计方案搭建了一台500 W的车载充电机试验样机,在实验室条件下对样机进行测试,结果表明试验样机整机在参数优化后效率有所提升,最高效率可达96.36%。

LLC谐振低频感应加热系统设计

对LLC谐振电路的电压增益、电流增益等特性进行了理论分析。通过Simulink搭建了基于LLC谐振电路的低频感应加热电源,对电路的预充滤波电路、整流电路、PID闭环控制电路、SPWM控制电路进行了仿真分析。搭建了基于LLC谐振的并联型低频感应加热电源,对电路的IGBT驱动信号、输出电流电压、工作频率和功率因素进行了测试。结果显示:加热电源的输出电压约200V,输出电流约310A,铝合金棒料加热温度超过450℃时,功率因素达到0.97。

重型柴油机LLC循环与其他瞬态循环排放特性的对比分析

目前,城市车辆低负荷运行工况占比较多,但较容易被忽视。为深入探究低负荷循环(Low Load Cycle, LLC)排放特性与其他循环的差异,基于重型柴油发动机开展台架排放试验。通过运行LLC、全球统一的瞬态循环(World Harmonized Transient Cycle, WHTC)、中国发动机瞬态循环(China Heavy-duty Transient Cycle, CHTC)试验循环,测取NOx、碳氢化合物(Hydrocarbon, HC)和CO排放体积分数及颗粒数(Particulate Number, PN)排放因子数据,并对比上述3种循环的工况特征、负荷分布、比排放量结果,分析上述循环的高排放工况分布特征,进而对比LLC循环冷热态工况排放特性差异。结果发现:该发动机运行LLC循环时,怠速以及当转矩在400 N·m以下、转速为1 600~2 200 r/min时的工况点比其他循环分布更多,0~5%负荷区间分布占比更高;LLC循环热态NOx比排放量为1 572.13 mg/(kW·h),LLC循环和CHTC循环工况对于NOx排放的要求更为严格,LLC循环的排气温度总体相对偏低;冷态条件使得低负荷、低转速工况的NOx排放增加量尤为明显;LLC与CHTC循环的PN高排放现象主要出现在0~10%负荷区间,CHTC循环在50%~60%负荷区间也存在高排放峰值,WHTC循环PN高排放总体分布相对较为平均;LLC循环的低排气温度会对选择性催化还原(Selective Catalytic Reduction, SCR)转化效率产生负面影响,且冷启动条件下会进一步加剧,使得NOx排放水平远超WHTC和CHTC循环。

基于LLC谐振变换器的四脉冲ZVS间歇控制方法

由于LLC(谐振变换器电路中的谐振电感L_(r)、励磁电感L_(m)、谐振电容C_(r),统称LLC)谐振变换器在DC-DC变换中具有良好的特性,但在间歇控制模式下,仍存在每个控制周期内开关管的第一次开启过程会产生硬开关现象,限制了谐振变换器在轻载条件下进一步提高运行效率的可能性。为了解决这些问题,提出了一种全新的四脉冲模式间歇控制策略。该策略在三脉冲模式的基础上在副边侧设计了一个新脉冲来进行驱动,目的是将副边的能量返流到原边,通过原边开关管在结电容返流完成且体二极管导通时,发出的触发信号,实现原边开关管在第一个触发脉冲导通,从而将变换器运行在效率最优轨迹中。实验结果表明,所提出的控制策略在电压降低工况下可进一步提高了变换器的轻载运行效率,证明此策略的有效性。

基于虚拟阻抗的LLC谐振变换器并联均流控制

近年来,LLC谐振变换器因其优越的性能得到了广泛的应用。LLC谐振变换器并联结构对于低压大电流的场合十分适用。但是难点在于模块间的均流,谐振网络参数的微小差异就可能引起较大的模块电流不平衡。从阻抗的角度出发,利用虚拟阻抗来模拟谐振网络串联阻抗,通过该串联阻抗来调整等效输出阻抗,从而获得均流特性的改善。以两路并联LLC模块为例,给出基于虚拟阻抗的控制框图和实现方法。最后,利用DSP数字控制,搭建一台400V输入、12V/80A输出的两路并联LLC谐振变换器原理样机,实验结果表明,所提控制方法可在全负载范围内将输出电流不平衡度减小在5%之内,验证了该方法的有效性。

LLC谐振变换器轻载下电压增益失真的研究

首先对轻载运行下的LLC谐振变换器输出电压增益失真现象进行分析,并通过对考虑分布电容的LLC变换器进行建模仿真分析,得到考虑分布电容时的变换器电压增益曲线。针对轻载下的增益失真现象,给出了4种措施加以改进。最后,通过制作一台12 V/20 A的LLC变换器样机,验证了分析设计的合理性。

高频感应加热电源LLC负载参数设计方法的研究

在分析高频感应加热电源LLC负载特性基础上,提出了一种估计品质因数参数设计方法并进行了仿真验证。仿真实验结果说明此参数设计方法设计的参数可以使负载在特定频率下发生谐振,得到最大功率输出。

LLC负载超高频谐振逆变器并联特性研究

针对LLC负载1 MHz超高频感应加热电压型谐振逆变器并联运行中,串联不同电感时逆变器的工作特性进行了理论分析,探究逆变器换流角度以及LLC品质因数的变化,对逆变器输出电压存在差异时换流角度的变化进行了研究。得出1 MHz的电压型谐振逆变器在存在电感差异、电压差异时换流角度是较小的,可以保证逆变器工作在小感性换流状态。最后通过MATLAB/Simulink仿真实验验证了理论分析的正确性,并对仿真结果进行了综合分析。

LLC谐振型软开关直流变压器的研究与实现

直流变换器分为输出稳压的直流变换器和输出电压不调节的直流变压器两种基本类型。LLC谐振变换器是一种实用的软开关直流变换器,研究的重点集中在输出稳压形式——输出稳压的LLC谐振变换器。通过对LLC谐振型直流变压器的增益特性曲线的分析,提出了LLC谐振型软开关直流变压器的设计方法,并完成了对优化设计具有指导意义的直流变压器的增益和效率的负载特性分析。最后,研制了一台LLC谐振型直流变压器样机,实验结果表明了设计方法和负载特性分析的有效性和准确性。

基于LLC谐振变换器的PFM与PWM混合控制策略研究

针对LLC谐振变换器轻载时,变换器随着开关频率的增加,与全载高效率相比难以提高轻载工作效率的缺陷问题,提供一种PFM与PWM控制相结合混合控制策略,轻载时采用PWM控制模式,满载时采用PFM控制模式,两种工作模式可以自由切换,实验结果验证LLC谐振变换器在轻载和满载范围内可以实现软开关,提高LLC谐振变换器工作效率。

基于简化最优轨迹的LLC谐振驱动器控制研究

LLC谐振驱动变换器被广泛应用于机械设备中,为了改善LLC谐振变换器动态特性,简化其最优轨迹控制的复杂性和克服线性控制的有限性。提出了一种新的简化最优轨迹控制。稳态时,通过线性控制器调节开关频率来控制输出电压;当负载上升或下降时,通过监测负载电流瞬态值,做出逻辑决策,即时依据状态平面分析,计算脉冲宽度变化,使能简化最优轨迹控制,以遵循最佳轨迹。所提控制方案在FPGA控制实验平台中得到实现,实验结果表明,所提控制方法显着提升了LLC谐振变换器的动态性能。

基于并联变压器切换的LLC谐振变换器宽范围效率优化控制策略

提出一种基于并联变压器切换控制的LLC(ST-LLC)多谐振腔软开关直流变换器。基于变电感比值k的设计思想,采用多变压器间接并联方法以及切换控制策略构建新的变拓扑结构LLC,在保持软开关特性的同时,实现对变换器效率的有效提升以及对变压器热点的分散设计。对拓扑电压增益特性以及主要工作模态进行详细分析,为变换器工作模式设置提供了理论依据。给出变压器切换控制逻辑,并在此基础上,提出一种最优负荷分区控制策略,拓宽了LLC变换器的高效工作范围。此外,详细推导变压器切换控制点最大功率解析式,给出电路主要元件参数设计流程,并设计制作了一台约1kW的电源样机,通过仿真和实验共同验证了所提方案的可行性,样机实现了在82%的负载范围内保持90%以上的工作效率。

LLC谐振变换器轻载输出电压稳定性研究

LLC谐振变换器在实际应用中,轻载输出电压稳定问题是普遍关注解决的难点问题。对特定条件下增益-频率不单调和变压器副边电压振荡两种常见导致轻载/空载输出电压失调的原因进行分析,提出实用化解决方案并进行了实验验证。另外,分析常见采用打嗝模式解决轻载输出电压稳定问题时纹波较大的原因并提出解决方案和进行实验验证。

交错并联双向LLC谐振变换器的通道控制分析及最佳换相点的研究

LLC谐振变换器以其结构简单、效率高、器件电应力小等优点得到广泛应用。随着电源输出功率的不断提升,为了克服变换器的导通损耗大,输出电流和输入电流的纹波增大以及在全负载范围内不能高效率输出的缺点,提出通道控制技术。以交错并联双向LLC谐振变换器为例,分析了变换器中的各部分损耗,继而用Matlab三维绘图工具绘制出各部分损耗的主次关系,再用数值计算法和仿真法求解对应的换相点电流。最后通过实验验证理论分析的正确性。

地铁车辆辅助变流器LLC谐振变换电路优化设计

提出了一种地铁车辆辅助变流器LLC谐振变换电路的优化设计方法,以LLC电路损耗最小及其全负载范围内实现ZVS(零电压开关)为设计准则,针对工程应用中IGBT结电容随负载和温度变化以及死区时间精度不可控等因素,给出了解决思路和设计方法,并研制了一台试验样机。仿真和试验结果验证了该设计方法的正确性和实用性。

LLC负载电压型谐振逆变器并联的阻抗分析

逆变电源容量的提高常采用多管并联或负载侧高频变压器并联的方式来实现,而负载采用电感电容串并联(LLC负载)形式的多个电压型谐振逆变器的并联,可以有效提高电源输出功率。针对LLC负载多个电压型谐振逆变器并联电路,对其进行稳态阻抗分析,通过仿真分析给出最大输出功率时的最佳匹配电感比与并联逆变器个数比例(β/N比),并通过实验进行了验证。结果表明,所提方法对提高和调节电源容量、简化功率调节过程,提供有效的设计参考价值。

引入分时控制的LLC双频感应加热电源系统设计

设计并采用了基于LLC负载谐振技术的双频感应加热电源拓扑，采用分时控制策略，利用开关管的通断进行中高频自主切换，实现了双频电流输出。文中给出了详细的电路设计方案与参数设计原则，为进一步验证电路拓扑与控制策略的有效性，在理论分析的基础上，构建了完整的仿真模型与实验样机，仿真与实验结果表明该电源系统可有效实现负载电流的双频切换，双频作用时间可调，实现了感应加热电源的低成本和小型化，为双频感应加热电源的设计提供了工程参考。

提高LLC谐振变换器轻载效率的改进型间歇控制

间歇控制可提高LLC谐振变换器的轻载效率,但存在效率提升效果有限和输出电压纹波大的问题。为解决此问题,提出了一种改进型间歇控制方法。该控制方法在工作时间内将驱动脉冲数固定为3个以获得最优运行轨迹,而关断时间的长短则通过电压环自动调节。所提方法使得变换器在能量传输阶段始终运行在最佳运行轨迹上,从而进一步提高了轻载效率,减少工作脉冲数,有效降低输出电压纹波。对改进型间歇控制方法的原理分析、参数设计及具体实现方式进行介绍,并研制了一台300 W样机。实验结果表明,样机在间歇模式运行段内效率平均提升5.2%。

新型LLC谐振负载感应加热电源移相控制研究

为了提高电源效率,使电源输出额定功率,采用静电耦合的方法设计LLC谐振负载实现负载匹配,分析了LLC谐振负载的特性和负载匹配实现的原理以及感应加热电源控制变量的选取。另外,在LLC谐振负载的基础上,针对感应加热电源移相调功时,具有较大的开关损耗问题,提出了一种新型LLC谐振负载感应加热电源拓扑结构,该结构下逆变器开关器件基本上都能够实现软开关,给出了移相调功的工作原理和输出功率的分析计算,并通过仿真,验证了理论分析的合理性。

变压器寄生电容对LLC空载稳定运行影响的研究

由于寄生参数的影响,LLC空载运行存在不稳定问题。针对变压器寄生电容对LLC空载稳定运行的影响,对副边采用铜带绕制变压器的寄生电容进行了建模,通过比较建立的模型和实验测量变压器的阻抗特性,验证建模的正确性。最后采用了一种有利于空载运行的变压器结构,并在一台500W样机上进行了验证。