基于整流补偿基波近似法的LCC谐振变换器参数设计

为解决因输出整流桥的存在而导致的LCC串并联谐振变换器谐振参数分析与计算复杂化这一问题,提出了利用整流补偿基波近似法对静电除尘用的具有电容型滤波器的LCC串并联谐振变换器负载进行线性化等效,将谐振变换器的并联电容、整流桥和负载等效为线性的RC串联电路,降低了变换器特性分析和参数计算的难度;在此基础上以18 k V/100 m A的高频静电除尘高压直流电源为例,给出了具有电容型滤波器的LCC谐振变换器参数的设计方法和设计参数,并用PSIM仿真软件进行了验证。研究结果表明:通过该方法设计出的谐振电路参数与实际的LCC谐振电路误差较小,针对高频高压静电除尘器电源的非线性负载,可以较为简便且准确地获得线性化等效模型;该方法对LCC串并联谐振变换器的参数设计和特性分析具有指导意义。

不对称规则采样CPS-PWM的基波近似模型及其频率特性

中压多电平换流器常采用模块化结构,可应用于交/直流配电网。配电网电压较低,换流器子模块数较少,因此常采用载波移相脉宽调制(CPS-PWM)提升等效开关频率。建立CPS-PWM模型是换流器系统级建模的基础之一。调制环节非线性,因此常分析其基波。现有CPS-PWM基波近似模型以桥臂等效开关频率为准,在不对称规则采样下模型延时偏低、误差较大。以子模块为基础,通过子模块输出叠加建立了零阶保持器(ZOH)经纯延时近似、不近似以及纯延时环节经Padé近似的3种形式CPS-PWM基波近似模型,更准确地反映了CPS-PWM的频率特性。仿真研究验证了理论分析的正确性。

输入电压波动下变模态宽增益谐振变换器研究

针对传统LLC谐振变换器在宽输入下开关损耗过大、增益范围较窄、难以保持输出稳定的问题,研究一种变模态宽增益谐振变换器。该变换器及其控制策略能够依据输入电压的大小,在全桥和半桥两种模态之间自由切换,有效拓宽电压增益范围。通过对变换器谐振腔结构的优化,进一步拓宽增益,减小能量循环、降低开关管损耗,同时能够在电流传输中引入三次谐波,降低损耗。利用基波近似法对电压增益进行推导,绘制增益曲线图,分析谐振参数对电压增益的影响,根据需求设计合适的参数,并运用变频控制,通过调节输入电压,使得变换器运行在不同模态,实现电压平稳输出。搭建一台55~220 V输入、30 V输出的300 W实验样机,实验结果证明了所提变换器控制策略的有效性。

无线电能传输系统谐波分析

基波近似法(FHA)在松耦合无线电能传输(WPT)系统中得到了广泛的应用。然而,由于强耦合系统中存在高次谐波分量,FHA会影响分析精度,因此提出了强耦合WPT系统的精确分析方法,推导了考虑谐波分量贡献的输出表达式。仿真和实验结果均验证了该方法的有效性。

输入电压波动下宽增益谐振变换器优化设计

该文设计了一种全桥-半桥模态切换的宽增益谐振变换器:首先,通过优化谐振腔结构,在电流传输中引入三次谐波,减小能量循环及开关管损耗;然后,根据输入电压控制变换器在两种不同模态切换,拓宽增益范围,使得变换器具有更灵活的调压特性;最后,利用基波近似法推导电压增益并绘制增益曲线仿真图,分析谐振参数对电压增益的影响并设计合适的参数,运用变频控制优化输出波形,实现变换器在不同模态下的电压平稳输出。通过搭建实验样机展开实验分析,结果显示不同模态下变换器均能实现软开关,增益拓宽且输出效率明显提升。

CLLLC谐振电路模型改进方法研究

CLLLC谐振变换器能实现功率双向流动以及全局软开关而广泛应用于电动汽车充电和直流微电网中。文中对CLLLC电路的小信号建模方法和静态建模方法分别进行改进。谐振型变换器,由于其状态变量含高频的开关分量且开关周期平均值为0,因此,无法满足传统状态空间平均法中小纹波假设的条件。对传统扩展描述函数法进行改进,通过正弦和余弦分量的叠加来表示对应的状态变量,并对各状态变量取各模态的加权平均值,建立CLLLC电路的小信号模型。在开关频率小于谐振频率段内,为简化建模中对状态量稳态值的求解计算过程且同时保持高精度,提出一种状态变量优化计算方法,即在等效输出负载中包含开关频率和谐振频率信息,在此基础上对输出电压波形进行简化近似,得到更准确的输出等效负载。该方法可得到与基波近似(fundamental harmonic approximation,FHA)法相同的简化结构,解决了其工作在欠谐振时状态量求解精度低的问题。此外,该模型还可用于电路参数设计,以提高谐振腔参数设计的精度。最后,通过仿真和实验对所提模型进行对比和验证。

感应电能传输系统输出电压调压电路研究

感应电能传输(Inductive Power Transfer,IPT)系统的输出电压受原边电流、线圈间距、谐振参数、负载等影响。为了让系统输出稳定的电压,提出一种应用于IPT系统副边的调压电路,利用IPT系统不同副边拓扑输出特性的不同,结合并联型与串联型拓扑的特点,在交流侧实现输出电压的调节。首先通过基波近似法求得系统等效阻抗与占空比的表达式,在此基础上求得输出电压与占空比之间的关系。然后对电路进行了简化,分析了无需使用双向开关的简化电路的输出特点。最后通过仿真验证了电路的有效性。

自持移相LCC谐振变换器稳态分析及参数设计

采用单电容滤波器的自持移相LCC谐振变换器能够在全负载范围内实现软开关,但非线性特性显著,增加了分析与设计难度。基于改进基波近似法将高频变压器、副边整流器及输出滤波电容作为一个整体等效为一个复数阻抗的形式,建立了自持移相LCC谐振变换器的等效电路模型。分析了电压增益、谐振电流峰值、软开关区域等稳态特性。指出了输入阻抗角、副边整流关断角和谐振电容比等关键电路参数对变换器稳态特性的影响以及设计原则,并提出一种限定输入阻抗角的参数设计方法。实验结果验证了理论分析及参数设计的正确性。

LLC谐振变换器典型分析方法对比

LLC谐振变换器可以在高频运行的同时实现软开关,对于提高开关电源的功率密度和效率意义重大。基波近似法和运行模态分析法是现阶段研究LLC谐振变换器的2种经典方法,但目前缺乏针对二者在电压增益精确性、效率、应用场合等方面的研究。该文首先分析这2种方法的原理;然后,在PSIM环境下对LLC谐振变换器工作模态进行仿真分析;基于LLC运行模态,在仿真电路中对比2种方法下的电压增益精确性;最后,基于峰值电压增益选择谐振参数,搭建1.5 kW/28 V输出等级的实验样机。实验结果表明,在下谐振区,基波近似法的电压增益比实际低10%~15%,而运行模态分析法迭代出的电压增益在全频率范围内与实际增益具有高度一致性,且基于运行模态分析法得到的谐振参数应用于样机时具有更高的效率。

CCVM-DCVM边界模式定频LCC谐振变换器设计

定频LCC谐振变换器具有传统变频LCC谐振变换器软开关工作、EMI干扰小等优点,显著降低了磁性元件与EMI滤波器的设计难度。但定频LCC谐振变换器存在软开关条件丢失、谐振元件与开关元件电压电流应力大等问题。此外,对于定频LCC谐振变换器,目前还缺乏较好的参数设计方法。针对以上问题,通过定频LCC谐振变换器的功率分析,提出了一种工作于CCVM-DCVM边界模式的定频LCC谐振变换器参数设计方法。该方法在保证变换器软开关工作条件的同时,有效降低了定频LCC谐振变换器中谐振元件与开关元件的电压电流应力。分析了定频LCC谐振变换器工作模态,采用基波近似法建立了LCC谐振变换器等效电路模型,得到了LCC谐振变换器的软开关实现条件。在此基础上,通过变换器的功率分析,得到了变换器元件参数与谐振元件功率的关系,给出了工作于CCVM-DCVM边界模式的定频LCC谐振变换器参数设计过程。最后,通过仿真与实验验证了理论分析与参数设计方案的有效性。

利用基波分量近似法的LLC串联谐振电路建模

利用基波分量近似法建立全桥LLC串联谐振直流直流变换器的数学模型,通过对电路基波分量进行傅里叶展开,将LLC串联谐振电路的非线性模型转变为线性等效数学模型,给出了详细的推导过程,分析了全桥LLC串联谐振变换器的直流电压增益特性,并确定了变换器的工作区域.

高效LLC谐振变换器设计与仿真

介绍了LLC谐振变换器拓扑的基本原理,采用基波近似(FHA)的方法对LLC拓扑的等效电路模型进行分析并得出了电路的直流增益特性,讨论了主要参数对电源系统性能的影响。通过一个400 W的LLC谐振变换器的实例得出其比较理想的优化参数,为了更好地减小损耗,采用了同步整流技术。通过Pspice软件进行仿真,得出的仿真结果验证了其正确性和可用性。

基于LLC谐振变换器的X光机高压电源设计与仿真

针对X光机高压电源系统稳定性差、效率低等缺点,设计了一种基于LLC串并联谐振变换器的高压电源;介绍了LLC谐振变换器的基本原理,并对其拓扑结构进行基波近似分析,得出电路的增益特性;采用正负双向对称倍压整流电路,有效抑制了输出纹波;最后,采用Saber仿真软件进行了电路建模和仿真分析,得出的仿真结果验证了控制电路的有效性和可行性。

原边绕组分组连接的IPOP型LLC谐振变换器均流方式

输入并联输出并联IPOP(input parallel output parallel)型LLC谐振变换器由于谐振元件的参数偏差,导致各相所分配到的等效负载不均匀,进而造成不均流现象。对此提出一种将变压器的原边绕组分组连接的方式,实现了各相负载电流的平均分配。采用基波近似法对该方式的均流原理进行分析,给出谐振参数的偏差与负载电流不平衡度之间的关系。采用四组数据进行仿真计算对比,在谐振电感和谐振电容偏差10%的情况下,传统两相并联LLC谐振变换器不均流度高达99.1%,而新结构实现了负载电流平衡。搭建了输出功率为960 W的两相并联LLC谐振变换器实验样机,验证了原边绕组分组连接方式的有效性。

全桥LLC电路时域模型及其分析

传统LLC电路分析基于频域分析方法,采用只考虑基波分量的基波近似法(FHA)进行等效。传统分析方法忽略了高次谐波对功率转换的影响,是对谐振变换的一种近似,而不是准确模型。根据全桥LLC电路实际电压、电流波形,首先给出了LLC谐振变换器全时域的分析方法及步骤,列出了非线性时域方程组。然后基于时域方程绘制了包含全部信息的增益曲线,分析LLC电路整个工作频段的增益,并与FHA进行了比较。最后,在20kW电动汽车充电模块电路上对所述时域模型和增益分析进行了实验验证。

全桥LLC谐振变换器的轻载时域模型

在此以全桥LLC谐振变换器作为研究对象,根据变换器的实际电压、电流波形,在对其工作模式进行深入分析的基础上,根据各个模式的状态方程及模式间的边界条件,通过时域分析建立了其在轻载情况下的时域模型。基于该模型,推导得到了对LLC谐振变换器设计有重要意义的增益曲线和效率曲线。分析LLC电路在轻载情况下整个工作频段的增益,并与基波近似法(FHA)进行了比较。最后,在20kW电动汽车充电模块电路上对所述时域模型和增益分析进行了实验验证。

航空高压直流电源系统LLC变换器设计

针对航空高压直流电源(HVDC)系统中大功率DC/DC变换器设计,选择全桥LLC谐振拓扑。分析了LLC变换器工作原理,使用基波近似法建立了等效电路模型,通过Mathcad软件对其电压增益特性进行分析,并介绍了变换器参数的设计步骤,最后在MATLAB/Simulink中搭建了仿真模型,仿真结果表明了理论分析的正确性和参数设计的可行性。

基于LLC谐振拓扑的240W通讯电源设计

详细分析了基于半桥的新型谐振拓扑结构LLC的原理,并采用基波近似结合时域仿真的方法,给出上LLC谐振腔的串联谐振电感、串联谐振电容和变压器励磁电感等三个重要参数的设计方法,同时给出了采用锁相控制法搭建240W功率输出的通讯电源的实现方案。

LLC谐振半桥变换器的设计

LLC谐振半桥变换器可以在全电压范围内、全负载条件下使得初级端 MOSFET实现ZVS（零电压开关），次级整流二极管实现ZCS（零电流开关），减少了开关损耗，大大提高了效率。而且在输入电压和负载范围变化比较大的情况下，其开关频率变化较小，有利于主参数的设计。这种变换器通常应用在高频功率变换领域。文中首先使用 FHA（基波近似原理）进行 LLC谐振半桥变换器的建模，然后分析了如何对变换器中的电气参数进行选择，最后设计了一个工作在70~150 kHz频率下300 W的 LLC谐振变换器。

LLC谐振变换器时域模型分析与参数优化

基波近似法忽略了高次谐波传递的能量,导致LLC谐振变换器工作频率fs远离谐振频率fr时模型误差增加。为了提高变换器的模型精度,本文提出了基于时域方程的分析方法。首先,根据变换器的工作波形,在时域内建立了变换器的归一化时域方程模型,绘制了时域模型的增益曲线,给出了谐振参数优化和硬件电路的设计方法,并利用PSIM软件建模对谐振参数进行仿真验证。最后,搭建了输入400 V,输出24 V/100 W的硬件实验平台,并对电源进行测试。结果表明,开关管均满足软开关条件,电源效率达到93.6%。实验证明了时域模型分析法的正确性和合理性。