CLLC双向谐振变换器电感–变压器矩阵式一体化集成与优化设计

文中提出CLLC双向谐振变换器高频谐振电感–变压器一体化磁集成结构。采用矩阵式磁芯结构和非对称绕组结构设计,仅通过一个磁件即实现了双向CLLC谐振变换器中原边高频谐振电感、副边谐振电感和高频隔离变压器的集成,且利用矩阵式磁芯结构布局,实现了磁板中高频磁通抵消和磁通均匀分布,有效降低了磁件体积和损耗。文中详细分析所提出的矩阵式集成功率磁件的磁路模型,并给出集成功率磁件的优化设计方法,最后通过有限元仿真和样机实验证明所提出的电感–变压器一体化集成方案的可行性和有效性。

CLLLC双向谐振变换器谐振网络参数设计

CLLLC双向谐振变换器的谐振网络参数对变换器的性能具有至关重要的影响。采用基波分析法对变换器进行建模,将变换器交流电压增益、传输效率以及零电压开通条件作为谐振网络参数选取的三个约束条件,推导出一种简单高效的谐振网络参数设计方法。设计并制作了一台实验样机,实现了开关管的零电压开通和寄生二极管的零电流关断,双向工作时最高效率可达95%。实验结果验证了所提设计方法的可行性。

基于时域分析的CLLC双向谐振变换器优化设计

利用时域分析对CLLC双向谐振变换器优化设计,给出电路正向和反向工作各个模态的精确波形表达式和增益曲线。基于基波分析法的频域分析在偏离谐振点难以给出精确的增益结果,时域分析利用状态方程求解可以得到CLLC变换器的精确增益,便于电路参数设计,同时可利用精确波形表达式进行损耗分析,以优化系统效率。依照所提出的时域分析优化设计方法,搭建并测试了一台3.3 kW的实验样机,实验结果验证了时域优化设计方法的可行性和有效性。该CLLC双向谐振变换器正向和反向变换最大效率达到98%以上。

双向LLC谐振变换器的数字混合软启动策略

针对双向LLC谐振变换器高压侧启动时产生的巨大浪涌电流可能造成的器件损坏的问题,阐述了启动频率大于谐振频率的必要性和启动频率下的工作模态,并分析了相应的启动初始时刻的状态平面轨迹。据此提出了一种优化谐振变换器启动初始时刻的平面轨迹和指数降频的分阶段数字混合软启动策略,搭建了一台以SPC1168为数字控制芯片的1 440 W样机进行实验,验证了所提出的数字软启动策略的有效性,相较于传统降频启动抑制启动电流的效果提高了25.6%。

基于双向半桥LLC谐振变换器的退役电池组均衡方法

退役电池在储能应用过程中,由于其较大的不一致性问题会导致退役电池组出现过充或过放现象,从而限制电池组整体的容量甚至引起热失控,造成安全隐患。针对以上问题,设计一种基于双向半桥LLC谐振变换器的有源均衡电路。该均衡电路通过开关阵列与隔离型双向半桥LLC谐振变换器的相互配合,能够实现单体电池与电池组整体之间的能量传递,使退役电池组中各单体电池达到能量平衡。另外,为进一步提高均衡器的均衡速度及精度,提出一种联合电压与荷电状态(SOC)共同作为均衡变量的多状态均衡控制策略。依据电池组当前不同的能量状态,在电池组静置、充电及放电3种不同状态下,分别采用不同的均衡变量以及对应的均衡策略,从而实现电池组的快速均衡。最后,通过搭建小型的均衡实验样机对6节串联电池进行均衡实验,实验结果表明,所提均衡方法具有较快的均衡速度及较好的均衡效果。

宽电压增益范围双向CLL谐振变换器研究

双向CLL谐振变换器在变频或移相控制下均为窄电压增益范围。为了实现双向CLL谐振变换器在开关频率小范围变化的同时具有宽电压增益范围,详细分析了变频和移相控制方式下双向CLL谐振变换器的工作原理、变频及移相控制的优缺点,提出了一种变频升压、移相降压的混合控制方法。在该控制策略下,不仅实现了变换器双向工作时稳定输出,还实现了良好的升降压能力和软开关特性。最后设计了一台500 W的实验样机验证混合控制下双向CLL谐振变换器的性能。实验结果验证了混合控制策略的可行性和变换器升降压能力的优越性。

双向全桥串联谐振DC/DC变换器扩展相移控制的全局优化方法

基于传统基波等效法建立的双向全桥串联谐振(dual bridge series resonant,DBSR)DC/DC变换器模型准确度不高,导致控制存在误差,变换器的工作效率降低。文中采用分段分析法建立DBSR变换器在扩展相移(extended phase shift,EPS)控制下的模型,能够准确描述变换器的特性。传统单相移控制下变换器的回流功率和开关损耗较大,导致变换器工作效率降低,而文中提出一种基于EPS控制的全局优化控制方法,能有效降低回流功率和开关损耗。首先分析双向全桥串联谐振DC/DC变换器的回流功率原理,建立回流功率的优化控制模型;然后结合软开关条件及考虑死区时间下的完全软开关特性,建立双向全桥串联谐振DC/DC变换器的全局优化控制算法;最后,在基于TMS320F28335控制器的实物实验平台上,对所提方法与传统方法在宽电压增益下以及全功率范围内进行实验对比。实验结果表明:与传统基波分析法相比,所提建模方法具有更高的准确度,且所提的优化控制方法可以有效降低回流功率,显著降低变换器的开关损耗,能够大幅提升变换器的传输效率。

交错并联LLC谐振的双向AC-DC变换器

针对当前平衡供电供需与解决再生能源间歇特性的问题,设计了一种以优化PWM调制策略控制图腾柱无桥PFC和交错并联双向LLC谐振电路的两级式双向AC-DC变换器。前级运用了优化PWM调制的控制策略,增强网侧电流对电网电压的跟踪能力,后级采用同步整流管驱动控制的交错并联LLC谐振变换器的方案,设计了变换器和环路补偿的参数,通过搭建实验仿真系统验证设计的可行性。结果表明,实现正向工作输入交流电220±10%V,输出直流电12 V,额定功率1 800 W;反向工作输入直流电12 V,输出交流电220 V,验证所设计的合理性与可行性。

CLLLC谐振式双向DC-DC变换器前馈控制策略设计

双向DC-DC变换器在储能系统中应用广泛,提高变换器效率能够在工程上具有重要意义。对CLLLC谐振式双向DC-DC变换器工作原理进行分析,研究了实现所有开关管的零电压开通情况下谐振电感和电容的设计要求,同时设计一种基于前馈的反馈网络对双向DC-DC变换器进行控制。基于前馈控制的CLLLC谐振式双向DC-DC变换器有效抑制了储能系统的输入和输出端电压纹波,控制系统能够使得开关管实现零电压开通,提高了变换器系统效率。样机测试验证了设计的控制系统能够在变换器双向工作过程中实现所有开关管的软开关过程,使得变换器效率得到提升,同时具有良好的稳态性能。

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。

双向全桥串联谐振DC/DC变换器回流功率特性优化

双向全桥串联谐振DC/DC变换器(dual bridge series resonant DC/DC converter,DBSRC)具有控制简单、损耗低等优点,在电力电子牵引变压器场合具有应用前景。然而若系统参数选择不当,会产生较大回流功率,使开关管的损耗增大,系统效率降低。为了降低系统运行时的回流功率,该文分析DBSRC的工作原理及换流过程,利用微分方程得到系统模型,进而总结DBSRC的3种稳态工作模式及回流功率在不同工作模式的表达式。通过优化电压增益(M)、开关频率谐振频率比(F)、谐振回路的特性阻抗(Zr)参数,达到在宽负载范围内降低系统回流功率的目的。最后,构建一个35 kW实验样机,实验结果证明了DBSRC模型的正确性及回流功率特性优化和有效性。

高增益对称双向LCLC谐振变换器的研究

为了解决双向DC-DC变换器输入、输出电压范围过窄的问题,该文提出一种高增益对称双向LCLC谐振变换器。提出的谐振变换器不是利用变压器的励磁电感参与谐振,而是在变压器的一次侧并联一个LC支路代替变压器励磁电感的作用,使得变换器在电感比较大的情况下仍有较高的增益,兼顾了LLC型谐振变换器在谐振点的高效率和宽的增益范围,且能保证一次侧和二次侧的软开关特性,实现谐振变换器的对称双向运行。该文基于基波分析法建立基波等效模型,推导出变换器的增益公式,分析谐振参数对直流增益特性的影响。最后搭建一台100~200V/24~48V、500W的实验样机,实验结果验证了理论分析的正确性和所提出拓扑结构的可行性及有效性,样机的最大效率达到96.3%。

EIE型磁集成谐振电感器在双向LLC谐振变换器中的应用

磁性元件已经成为制约开关电源发展的主要因素之一,为满足新一代变换器高传输效率、高功率密度和能量双向流通的发展要求,针对双向LLC谐振变换器,提出一种EIE型磁集成结构,采用解耦集成的方式将原、副边谐振电感集成到一起。将EI型结构与其进行对比,仿真分析和实验表明:该结构磁密、磁位分布均匀,抗饱和能力强,电感因数大,损耗小。将其应用到双向LLC谐振变换器中,具有提升功率密度及效率高等优势。

基于GaN器件的双向CLLC谐振变换器分析与设计

GaN器件具有开关速度快、导通电阻低、寄生参数小和反向恢复损耗低等优良特性,相比其他器件更有利于实现双向CLLC谐振变换器的高频率和高效率。文中基于GaN器件的特点,利用戴维南等效定理对双向CLLC谐振变换器的谐振频率进行了分析求解,并根据开关管寄生电容的充放电特性来改善软开关的实现条件,最终研制了一种基于GaN器件的双向CLLC谐振变换器。文中还搭建了额定功率为400 W的双向CLLC谐振变换器实验样机,实现了全负载范围内逆变侧的零电压开通和特定负载范围内整流侧的零电流关断,在正向模式下的最高效率可达97.02%,反向模式下的最高效率可达95.96%,最大工作频率达548 kHz,具有高频率和高效率的特点,从而验证了所分析与设计的变换器的正确性和有效性。

用于车载OBC双向直流谐振变换器的研究与设计

介绍一种基于LLC的双向直流谐振变换器,利用基波分析法推出变换器电压增益表达式并对其影响因素加以分析,在此基础上描述了宽范围双向谐振变换器的参数设计方法,最后通过一台3kW的实验样机进行验证。

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。

基于同步PWM控制的双向CLLLC谐振型直流变换器运行特性分析

针对直流配网中用于实现电气隔离以及能量双向传输的双向DC-DC变换器,提出了一种基于同步PWM控制的双向CLLLC谐振型变换器。该变换器结构简单,控制易实现,具有良好的软开关能力,较普通变频控制的双向谐振型变换器又具有正反向工作特性一致、能量传输方向自然、平滑切换等特点。该文介绍变换器基本工作原理,并基于等效电路模型对该变换器平滑切换的功率传输特性以及软开关特性展开了详细分析,为变换器中谐振槽的参数设计和优化提供了有效指导。最后研制了一台1.65kW基于GaN HEMT的实验样机,峰值效率达到98.4%,实验验证本文所提变换器的可行性和理论分析的有效性。

双向全桥CLLLC谐振变换器建模与分析

针对传统状态空间平均法不适用于谐振变换器建模的问题,采用扩展描述函数法,建立了双向全桥CLLLC谐振变换器的小信号模型;给出了该变换器谐振参数的设计方法,得到了适用于本文变换器的参数;设计了正向/反向运行时的控制器补偿函数,并搭建闭环仿真电路进行了仿真分析.仿真结果验证了本文所建立的模型和设计的控制器补偿函数的正确性.

双向全桥LLC谐振变换器的数字控制设计与仿真

介绍了双向全桥LLC谐振变换器拓扑与其工作原理,利用基波近似法(Fundamental Harmonic Approximation,FHA)分析了LLC变换器拓扑谐振网络的等效电路模型,并得出全桥LLC谐振变换器的直流电压增益特性。提出了双向全桥LLC谐振变换器的电压环和电流环双环控制技术,LLC谐振网络电流经整流滤波采样后为内环电流环的反馈信号,以便于数字信号处理(Digital Signal Processor,DSP)控制。通过PSIM软件的仿真,仿真结果验证了其可行性和正确性。

一种提高双向全桥LLC谐振变换器反向电压增益的设计及实现

鉴于目前双向全桥LLC谐振变换器反向运行电压增益小于1,设计了一种新型控制策略,使其反向运行时电压增益不仅大于1,而且比原始控制策略下的电压增益更大,且效率更高。该设计在变频控制的基础上加入了移相控制策略,优化了原始控制策略,使用Matlab/Simulink搭建了变换器反向运行的仿真模型。经实验验证,新型控制策略可以进一步提高反向电压增益,证明了所提出策略的可行性。