一种具有自动均流特性的并联LLC谐振变换器

在大功率低压大电流应用中,常将多路变换器并联运行以提高效率和可靠性。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,各路之间由于器件参数不一致引起的均流问题较突出。通过减少均流误差源的办法,该文提出一种具有自动均流特性的并联LLC谐振变换器。利用共用谐振电容、耦合谐振电感,该谐振变换器无需增加额外的元器件和控制策略,便可自动实现较好的均流特性。建立该变换器的均流误差时域模型,分析在谐振电感、谐振电容和励磁电感出现不对称情况下的均流误差分布特性。与传统的并联LLC谐振变换器比较,仿真和实验研究结果均表明所提出的并联LLC谐振变换器能产生较好的均流特性,与理论研究的结果一致。

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。

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。

基于负载匹配的三相交错并联LLC谐振变换器变模式控制策略

针对三相交错并联LLC谐振变换器的负载工况,提出一种基于负载匹配的变模式控制策略。当工作在额定负载时,采用脉冲频率调制(PFM)控制方法使其发挥最大效率;当工作在轻载时,设计对称脉宽调制(PWM)控制策略,利用电压增益曲线中负载独立点的特性设计开关频率,既实现了软开关,也限制了开关频率的增大。深入研究对称PWM控制下的工作原理与增益特性,进一步对变换器的线性控制区和非线性控制区展开分析。当工作在极轻载与空载状态时,采用Burst控制方法实现对输出电压的有效控制。此外,对不同控制策略之间切换点的选择进行了详细分析与优化设计,准确可靠地实现了变模式控制。最后,基于碳化硅器件研制变换器实验样机,验证对变换器进行性能分析和变模式控制策略的正确性与合理性。

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LLC谐振变换器的研究

相对于传统的PWM变换器,LLC谐振变换器具有开关频率高,开关损耗小,EMI噪声小和体积小等优点,以及在全负载范围内能实现原边开关管零电压开通,副边二极管零电流关断,而得到广泛应用。为了输出大电流,减小纹波带来的压力,本文在参考大量文献后采用交错并联技术设计了一种LLC谐振变换器,并进一步设计了该变换器的控制补偿器,并得到仿真验证。最后将其离散化,转换成为数字控制器,最后写入程序,实验得到了稳定电压的输出。

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。

交错并联LLC谐振变换器的磁集成均流特性研究

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,本文提出一种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电路原边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,并将谐振电感器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。

两相并联LLC谐振变换器中“E+E”型磁集成变压器的设计

对两相并联LLC谐振变换器中磁集成变压器进行分析和设计,分析传统“EE”型磁集成变压器所存在的问题,提出新型“E+E”型磁集成变压器结构,建立电路和磁路模型,完成变压器参数设计,对新型“E+E”型和传统“EE”型磁集成变压器进行电磁场仿真对比,制作变压器实验样机。根据两相并联LLC谐振变换器参数设计主电路和控制电路,搭建实验平台,进行实验研究,得出基于新型“E+E”磁集成变压器的两相并联LLC谐振变换器相比于传统“EE”磁集成变压器,在整个负载变化范围内效率普遍提高,峰值效率提高1.71%,满载效率提高1.47%,证明新型“E+E”型磁集成变压器有利于减小变换器损耗、提高效率,验证了其结构的优越性。

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%。

采用金豺优化的LLC谐振变换器自抗扰稳压控制

为解决LLC谐振变换器采用传统PID控制时抑制负载冲击能力差的问题,提出采用金豺优化算法(golden jackal optimization,GJO)的改进线性自抗扰控制方法。该方法基于状态空间表达式,结合降阶模型中的参数信息,改进扩张状态观测器的系数矩阵。利用频域拟合的方法获得线性自抗扰控制器参数初值,避免了繁复的人工调参过程。使用GJO算法对线性自抗扰控制器参数寻优,进一步改善控制器性能。实验结果表明,相较于PSO-PID控制器,GJO-MLADRC控制器有效提高了LLC谐振变换器在系统扰动较大的情况下的动态性能,在负载突增、突降2种工况下,调节时间分别缩短了1.5、1.0 ms,输出电压最大波动量分别减小0.10、0.05 V,改进后的LADRC控制策略有效地抑制了恒压模式下负载波动对输出电压的扰动。

具有混合控制策略的宽输出双全桥LLC谐振变换器

针对宽输出电压范围应用中传统频率控制的LLC型谐振变换器存在开关频率调节范围宽、循环电流大及难实现高效运行等问题,提出1种具有定频移相-定频PWM混合控制策略的双全桥LLC型谐振变换器,以适用于较宽输出电压范围。其由2个全桥LLC型谐振变换器共用1个桥臂组合而成,输出电压通过定频移相-定频PWM混合控制进行调节,使该谐振变换器实现4倍电压增益范围以获得较宽输出电压,同时解决传统频率控制中循环电流过大及在移相控制移相角小时的软开关不能实现问题,提升系统效率。该转换器开关频率工作在谐振频率点,电压增益与负载无关且有助于磁性元件设计,在全负载范围内实现软开关。最后给出详细的电路工作原理分析并通过仿真进行验证,搭建实验平台验证了所提变换器的可行性和有效性。

基于LLC谐振变换器的双向DC-DC光伏储能回路设计

针对光储逆变器的储能回路效率较低,控制较为复杂等问题,该文设计了一款基于双向全桥LLC谐振变换器的双向储能电路。对双向全桥LLC谐振变换器的正向导通特性和反向导通特性进行介绍和分析,基于采用基波分析法得到的LLC谐振变换器等效电路,推导出变换器实现软开关的条件。通过推导得到的条件对LLC谐振变换器进行硬件参数设计,并成功搭建一台样机进行实验验证,实验结果表明,变换器可以在全负载领域实验软开关,并具有较高的效率,验证了理论分析的正确性。

全桥LLC谐振变换器的线性自抗扰控制

由于传统PI控制下的全桥LLC谐振变换器的动态性能和抗扰动能力均比较差,设计了一种基于线性自抗扰控制(Linear Active Disturbance Rejection Control,LADRC)的闭环控制器——控制全桥LLC谐振变换器。通过对全桥LLC变换器进行建模得到小信号模型,推导出闭环传递函数,并对其进行了优化处理。采用线性扩张状态观测器对全桥LLC谐振变换器模型自身的不确定性和外部扰动进行跟踪观测补偿,将总扰动的微分扩张为一个新的状态变量,在负载跳变时保证LLC谐振变换器输出电压的稳定。对变换器建立仿真模型,搭建满载功率为100 W、谐振频率为50 kHz硬件实验样机,验证了线性自抗扰控制器的抗扰动能力与有效性。

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。