全桥LLC谐振变换器的积分滑模-PI混合控制

全桥LLC谐振变换器的PI控制存在响应慢和鲁棒性差的问题,滑模控制存在高频抖振问题。针对这些问题,提出了基于模糊规则切换的积分滑模-PI混合控制方法。首先,通过扩展函数描述法建立全桥LLC谐振变换器的大信号模型,利用输入输出反馈线性化设计滑模面;然后,利用扫频法验证PI控制设计的合理性;最后,经多次实验,确定模糊控制的最佳输入和输出隶属度函数,实现在瞬态时由滑模控制起主导作用,在稳态时仅使用PI控制的混合控制方法。在MATLAB/Simulink中进行仿真分析,仿真结果表明,所提控制方法不仅具有滑模控制的瞬态响应快、鲁棒性强的优点,还消除了高频抖振,具有良好的控制效果。

多路LLC谐振变换器交错并联均流控制

LLC谐振变换器多路交错并联具有良好的应用前景,然而谐振元件的参数偏差会导致各路LLC谐振变换器电流不均衡的问题。为了解决这一问题,通过将二次侧的同步整流替换为可控整流方式,利用各路输出电流作为控制信号对二次侧进行脉宽调制控制,提供附加的电压增益,形成均流控制环路,保证各路的电压增益相同,从而实现多路LLC谐振变换器在相同开关频率下运行的均流调节。介绍了该控制的原理及实现方法。基于电磁暂态过程进行仿真,得出不同负载率下的电流不平衡度;同时搭建100 W的实验样机,在电流不平衡度最大的工况下,验证了该均流控制方法的可行性和有效性。

交错并联LLC谐振变换器均流技术

针对交错并联LLC谐振变换器器件参数不一致引起的相间电流不均衡问题,提出一种在变换器二次侧串接耦合电感的均流方法。通过在变换器二次侧串联耦合系数为-的全耦合电感,使变换器两路输出电流进行反向耦合,在实现两相间均流的同时,又避免了耦合电感的漏感对变换器一次侧谐振产生影响。分析了耦合电感实现均流的工作原理,建立了基于串联耦合电感的谐振变换器交流等效电路模型,对改进后的变换器的均流效果进行了分析,并通过仿真和实验对所提方法进行了验证。研究结果表明:耦合电感对变换器电压增益的影响随耦合系数绝对值的增大而减小,耦合电感量越大变换器的均流效果越好。

基于GaN全桥LLC谐振变换器交错并联系统的损耗分析

为提高全桥LLC谐振变换器交错并联(FBLLC-SP)系统的效率,且使其理论损耗与实际运行损耗更贴近,对比Cascode型GaN HEMT向系统引入单体增强型GaN HEMT,并将其寄生参数引入到损耗模型中,建立了一种适用于单移相(SPS)开环控制和三移相(TPS)双闭环控制的FBLLC-SP系统精准损耗模型;给出最佳死区时间计算方法,并分析了FBLLC-SP系统在单移相(SPS)开环控制下的理论损耗,提出了不同模态GaN HEMT的暂态损耗和各种通态损耗的精准计算方法;搭建了FBLLC-SP系统损耗模型仿真系统。实验结果表明:本文损耗模型的损耗值比系统实际运行损耗最多高约0.6%,说明本文建立的精细化损耗模型可用于分析系统的实际运行损耗。

基于移相补偿的全桥LLC谐振变换器交错并联技术

LLC谐振变换器具有高频化、高效率和高功率密度的优点,近年来已被广泛应用。但由于电路本身的特点,输出电流纹波较大,需要多个输出滤波电容并联,这给系统的体积和应用场所带来了一定的限制。为解决这个问题,可采用交错并联技术,但是谐振元件参数存在的偏差,使得LLC谐振变换器并联时输出电流无法均分。为此提出一种适用于全桥LLC谐振变换器交错并联的均流控制方案,输出电压由脉冲频率调制(PFM)控制,因谐振元件参数偏差引起的负载不均流,由移相调制(PSM)补偿,并根据移相角的大小,动态调节两路LLC谐振变换器之间的交错角,进一步减小输出电流的纹波。在理论分析的基础上,设计并制作一台实验样机,实验结果验证了提出方法的可行性和有效性。

基于混合控制式交错并联LLC谐振变换器的充电模块研制

为了解决当前电动汽车充电模块效率低、功率小的缺点,提出了一种基于混合控制式交错并联LLC谐振技术的非车载式电动汽车充电模块整体设计方案。所述方案输入侧为VIENNA电路,输出侧为交错并联LLC谐振DC/DC变换器。采用交错并联技术减小输出电流纹波,提高充电模块输出功率的同时,采用移相变频混合控制策略,使得谐振变换器工作在较窄的频率范围之内,因此降低了磁性元器件设计难度,提高了充电模块的转换效率以及功率密度。给出了充电模块整体电路拓扑设计、各模块工作原理以及控制策略,研制了20kW原理样机,与纯变频式交错并联LLC谐振变换器充电模块的对比分析验证了所述方法的可行性。

基于整流侧辅助调控的交错并联LLC谐振变换器

交错并联技术是提高电源模块输出能力的有效手段,谐振腔参数的微小差异会导致交错并联LLC谐振变换器严重的不均流问题。该文通过在LLC谐振变换器的高频整流电路中引入有源开关、构建混合型整流器,利用整流侧的辅助控制,主动对输出电流较小模块的电压增益进行补偿,从而实现了相同开关频率交错并联运行的LLC谐振变换器的均流调节。文中详细分析混合整流LLC谐振变换器的工作原理和特性,并根据具体应用场景给出均流电路的不同实现方式。最后,通过实验结果证明了所提出的均流控制方法的可行性和有效性。

LLC谐振变换器交错并联技术研究

LLC串联谐振变换器(LLC-Series Resonant Converter)因具有高效率、低EMI、便于磁集成等特有的优点而被广泛应用在现代电力电子设备中,但其本身固有的副边电流纹波系数大的缺点使得LLC-SRC难以被应用于低压大功率的场合。然而,两相或多相LLC-SRC交错并联技术能有效减小输出电流的纹波,提高电源的功率等级,但是并联又带来了负载不均流的问题。采用一种简单的并联结构,解决了两相LLC交错并联中负载不均流问题,300 W实验样机验证了理论分析的正确性和方案的可行性。

基于移相控制的三相交错并联LLC谐振变换器均流控制策略

为了适应大功率应用场合,多相LLC谐振变换器的交错并联结构得到了广泛关注和研究。由于并联各相LLC谐振变换器谐振参数(励磁电感L_(m)、谐振电容C_(r)和谐振电感L_(r))的差异,各相的电压增益互不相同,进而导致各相电流不平衡。为了解决这一问题,基于原副边星形连接的三相交错并联LLC谐振变换器电路拓扑,详细分析了各谐振参数对并联LLC谐振回路均流的影响程度;提出了一种基于移相控制的均流控制策略,运用余弦定理求出谐振电流相位的关系,转化为开关管的相位驱动信号,在不增加任何附加电路的情况下,实现并联各相LLC谐振回路的自动均流,提高了系统整体运行的可靠性。最后通过仿真和实验分析了所提控制方法的有效性和准确性。

一种三相交错并联双向传输CLLLC谐振变换器

针对电动汽车OBC(On Board Charger)在进行充放电时,需要DC/DC变换器同时具备大容量和双向功率传输的性能,提出了一种能够双向功率传输的三相Y-Δ型交错并联结构的CLLLC型DC/DC谐振变换器。它兼顾了多相交错并联结构的大容量特性和CLLLC结构的双向功率传输能力。该结构高压侧为Y型交错并联,低压侧为Δ型交错并联,实现较小的变压器原、副边匝比,同时使各相间自动均流。对CLLLC结构在高、低压侧谐振腔不完全对称情况的增益特性进行了分析,给出了该拓扑的参数设计方法。选取了一组参数,其可以通过变频控制在高压侧得到最高两倍的电压增益。最后通过一台频率200 kHz功率1.5 kW的实验样机进行验证,证明该型拓扑结构和其参数设计方法的可行性。

交错并联LLC谐振变换器的磁集成均流特性

为了扩充容量,LLC谐振变换器多采用两相或多相交错并联结构,然而,由于交错并联LLC谐振变换器中各并联相的谐振元件参数(主要包括谐振电感和谐振电容)不可避免地存在偏差,使得各相LLC谐振变换器之间的电压增益不相等,导致各相电流不均衡。针对这一问题,该文提出一种180°交错并联LLC谐振变换器的磁集成均流方案,通过对各个并联相谐振电感进行磁集成,在不增加额外电路和不改变控制策略的情况下,实现各相LLC电路一次电流和负载电流的自动均衡,不但保持了LLC谐振变换器所固有的软开关特性,而且还提高了效率,并将谐振电感的数量由两个减少为一个。搭建了输出功率为1kW的两相交错并联磁集成LLC谐振变换器实验样机,验证了磁集成均流方案的有效性。

基于全耦合电感器的交错并联LLC谐振变换器均流特性研究

在大功率的应用场合中,为了减小LLC谐振变换器的电流应力和损耗,常将多相LLC谐振变换器并联运行,由于LLC谐振变换器的增益对元器件参数非常敏感,因此并联运行时,各相间由于器件参数不一致引起的均流问题较为突出。针对以上问题,提出一种自动均流方法,通过在多相LLC谐振变换器的各个谐振槽中串联全耦合电感器,实现变换器相与相间的自动均流。建立了基于耦合电感器的谐振回路交流等效电路模型,分析了耦合电感器的耦合度对变换器电压增益的影响,分析了耦合电感器的电感量与均流效果之间的关系,给出了耦合电感器的设计方法。最后搭建了一台输入48 V、输出400 V/1000 W的实验样机,从仿真和实验两方面验证了理论推导的正确性和所提出均流方法的有效性。

交错并联双向CLLC型谐振变换器中U+U型磁集成变压器的设计

交错并联技术提高了变换器的传输容量,但增加了系统的元器件数量,特别是变压器、电感等磁性元件,通过磁集成技术可减少磁件的数量和损耗。传统的磁集成变压器结构多采用EE型结构,绕组和气隙分布在边柱上,因而造成磁压、磁通分布不均等问题,且绕组完全包围气隙,使得扩散磁通和绕组交链产生涡流损耗。因此该文提出一种U+U型磁集成变压器结构,给出集成变压器的设计方法及参数,为与传统EE型磁集成变压器对比,利用ANSYS软件进行仿真,并通过一台400~48V/1kW的实验样机,对两种集成变压器结构进行对比实验,验证了所提U+U型磁集成变压器的优越性。

交错并联磁集成双向LLC谐振变换器的高轻载效率控制方法

应用交错并联技术,可以有效扩充LLC谐振变换器的容量,但增多的通道数会造成变换器轻载效率低的问题。针对这一问题,以交错并联磁集成双向LLC谐振变换器为研究对象,在采用谐振电感反向耦合实现两相变换器自动均流的基础上,分析了变换器的工作原理和工作特性,提出了一种移相控制+变频控制+相屏蔽控制的控制策略,并给出了具体的实现方法。最后,制作了输出功率1000 W、48 V/400 V的实验样机。通过对比实验,验证了所提方案的有效性。

并联全桥LLC谐振变换器直流母线电压控制方法

为了解决并联全桥LLC谐振型DC-DC变换器直流母线电压控制问题,提出了一种基于半桥/全桥结构切换的控制策略。在轻载的工况下通过改变开关管驱动信号,将全桥LLC转化为半桥LLC,解决了在光伏储能微电网中直流母线电压无法精确控制的问题。同时利用电压死区控制器和电流死区控制器,达到直流母线电压控制和两路并联均流的效果。为了验证方法的正确性和有效性,利用7 k W样机进行了实验验证。结果显示,该方法有效降低了电压纹波,缩短了负荷投切时的电压调节时间,并实现了两路并联均流。

基于可变电感的变频LLC谐振变换器交错并联技术

LLC谐振变换器具有软开关、高效率、高功率密度等优点。LLC交错并联技术被应用于大功率输出,以期降低功率器件的开关损耗和输出电流纹波。然而,多路LLC变换器参数之间存在差异,最终致使变换器各并联模块均流效果不佳。可变电感技术是利用恒流功率源控制磁芯饱和程度,实现等效电感变化。本文提出将可变电感应用于交错并联LLC变换器中,在线调整谐振电感,使LLC各模块实现输出电流的交错与均流。本文提出了一种新的谐振网络直流增益表达式并进行了三维可视化分析,推导出基于常数分离的可变电感感量表达式,从而为可变电感在交错并联LLC中的应用提供了理论指导,使得分析与设计得以简化。本文设计并制作了一台480 W的实验样机,验证了这种控制策略的有效性。

基于电流平衡单元的输入并联输出并联型LLC谐振变换器模块

输入并联输出并联(IPOP)型直流变换器广泛适用于低电压大电流工作场合,难点在于如何实现各子模块之间的输入电流均流(ICS)和输出电流均流(OCS)问题,现有解决方法均为闭环控制策略。提出了基于电流平衡单元的IPOP型LLC谐振变换器模块,通过电流平衡单元电磁耦合作用可以开环实现LLC谐振变换器模块间ICS和OCS,使整体IPOP型直流变换器稳定工作。LLC谐振变换器工作在近似谐振频率下可实现高频隔离直流变压器功能,保证逆变侧零电压开关(ZVS)及整流侧零电流开关(ZCS),同时具备高功率密度和高效率。采用电流平衡单元代替传统闭环控制策略解决IPOP系统模块间电流不平衡问题,省去采样和控制电路,提高系统稳定性,降低系统成本。通过对电流平衡单元的电磁模型分析,导出等效电路模型,并通过其工作暂态电流与稳态电流仿真说明电流平衡原理。最后搭建基于电流平衡单元的IPOP型LLC直流变换器实验系统,验证所提出电流平衡方案的有效性和正确性。

基于输入串联输出并联的双向全桥串联谐振DC-DC变换器系统控制策略研究

对基于输入串联输出并联(ISOP)的双向全桥串联谐振DC-DC变换器(DBSRC)系统的控制策略进行研究。采用周期平均法构建DBSRC及其ISOP级联系统的小信号模型及对应传递函数,其中各DBSRC子模块输入电压均受其他模块移相角影响。为了实现子模块输入电压的均衡,提出一种差分输入电压均压(DIVS)控制策略,该策略实现了系统控制框图中输出电压环和输入均压环的解耦控制。相比传统输入均压控制策略,该策略所需的通信数据量较少,具有较高的动态响应性能。最后,通过仿真和12kW样机的实验结果验证了DBSRC小信号模型的准确性及DIVS控制策略的有效性和优越性。

非对称半桥交错并联输出式LLC谐振DC-DC变换器设计

LLC谐振变换器由于谐振特性,能够较容易实现软开关和增大变换器功率密度,在中大功率场合得到广泛应用。为了增大功率密度提高输出容量,设计了一种非对称半桥交错并联输出式LLC谐振DC-DC变换器,对变换器的工作过程进行了分析。分析了不同k值对变换器的影响,对谐振网络进行了等效分析。不同谐振频率下变换器分布在不同的工作区域,不同的工作区域中开关MOS管实现软开关过程的难易程度不等。通过仿真和样机测试验证了设计的变换器开关管能够实现零电压开关(ZVS),能够有效减小变换器的开关损耗。

双向全桥LLC谐振变换器的理论分析与仿真

将LLC谐振网络引入到全桥双向DC-DC变换器中,提出一种新型双向全桥LLC谐振变换器。该变换器主要由传统全桥双向DC-DC电路和LLC谐振网络组成。该电路可以在全负载范围内实现功率开关管的零电压开通关断和整流环节的零电流开通关断。文中介绍和分析了变换器的拓扑结构与工作原理,并通过仿真验证了理论分析的正确性。