LLC谐振式DC/DC变换器的研究与实现

基于基波分析法(FHA)对LLC谐振变换器进行建模分析,并以此为依据提出一种简化的参数设计方法.该方法根据谐振电路的二端口模型得到归一化工作频率和电压增益的关系,按照规定输入输出的要求确定电压增益后得到谐振工作频率,进而可以得到谐振电路的特性阻抗和谐振腔元件参数.利用Saber软件仿真和硬件实验验证了该方法的有效性,表明所设计的变换器可实现开关管的零电压开通和整流二极管的零电流关断,能够降低开关损耗,提高装置效率.

LLC谐振式DC/DC变换器的研究

LLC谐振式DC/DC变换器凭借自身效率高以及器件电应力小的应用优势,在大功率运行场合中得到了广泛地推广与应用。然而,由于LLC谐振变换器所采取的基波近似设计法存在增益误差大以及宽调频范围广的问题,因此,存在磁性元件设计困难且系统损耗率较高的问题。为了及时解决该问题,该文主要立足于LLC谐振式DC/DC变换器的应用发展,对DC/DC变换器的拓扑结构以及相关优化控制措施进行总结与归纳,从而给相关人员提供一定的借鉴。

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。

高压大功率双串联谐振多级电压式DC-DC变换器的研究

基于多电平理论,提出一种高压双LC串联谐振DC-DC变换拓扑。开关管零电压开通,损耗减少,开关频率提高;控制谐振网络作用电平进而间接控制变比,设计出适用于双LC串联谐振网络的二极管钳位网络,增大最高输出变比;结合频率控制,实现多级电压输出,具有BUCK-BOOST特性。电压调节更加灵活,适用于直流大功率变换场合;采用频率控制,避免了如传统BOOST变换器中,由于开关导通与关断时间不均匀而引起的损耗和温升过大等问题;通过MATLAB仿真并经过实验验证,证明了该拓扑的正确性。

直流微网储能DC/DC变换器的自适应虚拟直流电机控制

电力电子化的直流微电网自身缺乏惯性,当功率发生波动时,直流母线电压会产生较大突变,不利于其稳定运行。为了解决这一问题,虚拟直流电机控制被应用于直流变换器中来模拟直流电机的外特性,进而为直流微电网提供惯性支撑。但传统参数固定的虚拟直流电机控制在提供惯性的同时会牺牲系统的动态响应速度。针对这一问题,提出了参数自适应虚拟直流电机控制,并将它应用于储能端推挽式DC/DC变换器中。建立了系统的小信号模型,分析了转动惯量参数变化对系统的影响,并给出了参数的自适应调节原则。最后,搭建了仿真模型对不同控制方法进行了对比分析。仿真结果表明所提控制策略在为系统提供较大惯性支撑的同时,系统仍具有较快的动态响应速度。

一种CLLLC谐振型双向DC/DC变换器效率优化技术研究

为提升CLLLC谐振型双向DC-DC变换器的工作效率,文中提出一种基于间歇控制技术的变频恒压控制方法。首先,建立变换器基波等效模型得到变换器的电压增益和传输效率特性,通过对原边逆变器的变频控制来改变电压增益,实现输出的恒压控制;然后,针对变换器在轻载时效率较低的情况,提出一种效率优化控制方法,在改变原边逆变器工作频率的同时改变间歇控制占空比,使副边整流器的输入等效负载维持在最优负载处,实现变换器的高效恒压输出;最后,搭建一台30 W的实验样机验证所提方法的可行性和有效性。实验结果表明,变换器轻载时,采用间歇控制变频恒压方法的工作效率比采用变频恒压控制方法提高约6%,在整个负载范围内效率可达87%以上。

级联式DC/DC变换器稳定性测试分析

为提高变换器在运行中的稳定性,针对级联式DC/DC变换器的稳定性展开测试研究。根据级联式DC/DC变换器的运行特性,搭建测试环境并进行相关设备准备。参照变换器在运行中的控制方式,将最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking,MPPT)作为转换过程的控制核心,进行级联式DC/DC变换器拓扑建模;在确保注入信号为恒幅变频正弦信号的同时,保证注入信号在变换器运行中不受到外界环境的干扰与影响出现衰减效应,以此为依据选择注入点;通过建立变换器开回路稳定传递函数的方式,推导转换器在不同状态下的运行工况。总结测试结果,证明注入电压会对变换器运行频率造成瞬时增加或瞬时减少的影响,输入功率会增加变换器输出阻抗,从而造成变压器失稳。

适用于直流电网的LCL谐振式模块化多电平DC/DC变换器

针对直流电网中不同电压等级线路的直流互联需求,结合隔离型模块化多电平DC/DC变换器和绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)直串型LCL-DC/DC变换器的拓扑优点,提出了一种LCL谐振式模块化多电平DC/DC变换器拓扑。首先,介绍了该变换器电气拓扑,并分析了其工作原理,包括运行方式、功率传递机理等;其次,从功率传递和谐波抑制等角度提出了该变换器中LCL谐振网络的参数设计方法;然后,提出了适应于该变换器的控制保护策略,保证在不同功率传递下实现两侧模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的零无功传输以及直流故障电流的迅速抑制;最后,在Matlab/Simulink中对所提拓扑及其控制保护策略进行了仿真验证。结果表明:根据LCL设计方法得到的电气参数能够满足装置的控制需求,所提控制策略在潮流反转、输入电压突变等工况下具有较好的静态和动态性能,且保护策略能够抑制直流侧的短路故障电流。

E类高频谐振式DC/AC变换器

以高频功率放大电路为基础 ,提出了一种超高频感应加热电源E类DC/AC变换器 ,使交流输出的频率达到 2MHz以上。对逆变器工作原理和特性进行了分析 ,并给出仿真和实验结果。

一种隔离式双向全桥DC/DC变换器的控制策略

针对传统的LC串联谐振式双向DC/DC变换器,在负载加重时开关管的开关损耗增加,带来系统效率的下降的问题,以一种LC串联谐振式带变压器隔离的双向全桥DC/DC变换器为研究对象,建立该变流器的近似等效电路模型。通过对变换器的工作原理和控制特点进行分析,提出一种在宽范围负载变化下,DC/DC变换器逆变侧和整流侧的开关器件均能实现软开关的控制策略,并提高了系统的效率。仿真和实验结果都验证了文中所提出方法的正确性和可行性。

一种新颖的三电平软开关谐振型DC/DC变换器

该文提出一种新颖的三电平LLC串联电流谐振型DC/DC变换器。每个主开关电压应力是输入电压的一半,并且全范围实现ZVS而不用附加任何电路。整流二极管工作在ZCS状态。该变换器通过二次谐振的手段使得以较小的频率变化范围就可以实现较大的输入输出调节范围。整个变换器只需一颗磁元件。该变换器在高压端输入时效率较高,应用在要求有保持时间的电源产品上特别有利。文中通过一个500V-700V输入,54V/10A输出的样机验证了它的工作原理和特点。该样机在额定条件下效率达到94.7％。

隔离式双向全桥DC-DC变换器的功率控制特性比较与分析

针对非谐振和谐振式带隔离的双向全桥DC-DC变换器的不同特点,推导了这两种DC-DC变换器功率传输的统一表达式,该功率表达式可以统一描述这两种不同拓扑的功率传输特性。针对隔离式双向全桥DC-DC变换器的开关器件在高频工况下的强迫开通/关断方式,带来较大的开关损耗,造成变换器效率下降的问题,本文以一种带隔离的LC谐振式DC-DC变换器为研究对象,提出了一种移相控制的DC-DC变换器控制策略,在该策略下,DC-DC变换器的功率器件能够实现零电压开通,并且通过谐振减小了功率器件的关断损耗,从而提高了系统的效率。仿真和实验结果验证了文中所提出控制策略的有效性。

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。

基于串联谐振网络的三端口DC/DC变换器解耦方法

针对有源桥式隔离型三端口变换器(triple active bridge,TAB)存在的端口功率耦合和控制模型非线性问题,提出一种基于串联谐振网络的隔离型三端口变换器解耦方法。首先根据拓扑T/Δ等效变换和谐振工作原理对变换器的功率传输模型进行推导,分析了解耦网络对控制系统非线性特性的抑制作用,为系统控制环路设计和谐振参数的选取提供了依据。其次对单周期内变换器的工作模态和软开关特性进行了分析,给出功率传输电感参与谐振的实际工作过程。此外,对所研究拓扑和未解耦拓扑分别进行仿真,结果表明,该方法能够有效消除变换器功率控制环路的相互耦合,使拓扑等效为2个独立的DC/DC变换器,分别控制运行,提高系统的动态响应速度和稳定性。最后,通过试验样机在不同工况下进行实验验证,结果证明了原理分析的正确性和谐振解耦方法的有效性。

级联式DC/DC变换器输出阻抗的优化设计与稳定性

级联式DC/DC变换器的稳定性是分布式供电系统设计中的重要问题。本文通过仿真和实验研究了单个DC/DC变换器的闭环输出阻抗的特性,提出源变换器输出阻抗的优化设计准则;在分析容性负载对变换器性能影响的基础上得出母线滤波电容的设计原则;并对实际的级联式DC/DC系统进行改进,采用注入电压源扰动法测试阻抗比,分析了系统的稳定性。实验结果表明,阻抗比的优化设计可以保证级联系统的稳定性。

基于变频控制的串联谐振DC/DC变换器的研究

串联谐振DC/DC变换器具有电路结构简单、在全输入和全负载范围内可实现开关管的ZVS、功率转换效率高等优点,是目前开关电源研究的热点之一。本文分析了基于变频控制的串联谐振DC/DC变换器的工作原理,阐明了变换器在三种不同开关频率下的工作特性,定量地给出了不同工作状态下变换器的输入电压、输出电压、开关频率以及谐振电感等参数之间的关系式。在一台1.5KW原理样机上的实验结果表明,该变换器变换效率最高可达96.3%,所有开关管实现ZVS,不同工作状态时变换器输入输出电压等参数关系与理论分析一致。

大功率高效率无源谐振软开关Boost DC-DC变换器

提出了一种新型的无源谐振软开关Boost DC-DC变换器拓扑,并重点分析了该拓扑结构的7个工作模态和工作波形。通过在常规的Boost电路中增加少量L,C,D器件,使主功率开关管和功率二极管工作在谐振软开关状态,提高了效率和可靠性。用软件Pspice对该电路拓扑进行了仿真,并通过实验得到了基于该电路拓扑研制的90 kW DC-DC变换器的主功率器件开关波形。该变换器已经成功地应用在中国第1辆燃料电池城市客车中,各项技术指标均满足使用要求。

谐振开关电容DC/DC变换器拓扑研究综述

开关电容变换器(switchedcapacitorconverter,SCC)具有效率高、体积小、重量轻等优点,适用于数据中心、电动汽车等对效率和功率密度要求较高的场合。文章归纳出一个谐振开关电容基本单元,基于此,对现有谐振开关电容变换器的拓扑结构和软开关工作原理进行分析,并概括为串并联、多级模块化、多电平及级联等4种组成类型。文章总结移相、调频、占空比分配等调压方法,指出通过移相或改变开关频率,使变换器工作在零电压开关(zerovoltage switching,ZVS),可以实现电压连续调节;占空比重新分配,改变开关状态,可以实现电压断续调节。针对无源器件参数差异造成的开关管电压振荡问题,给出耦合电感去除法和电感共用法等解决方案,可省去相应的电压箝位电路。将用于实现高增益和多电平的开关电容单元应用于谐振SCC,并对其进行改进,可提升其电压变换比,便于电路参数选择,提高稳定性。最后,对典型谐振SCC进行性能对比,并提炼现存共性问题,供读者参考。

一种反激式DC-DC变换器设计与研究

针对电池电源管理中的开关变换器应用,采用NCP1200电流型PWM控制芯片设计了一种多路隔离输出的反激式DC-DC变换器。给出了高频变压器初次级匝数以及相关参数的计算方法。对电路中的各种寄生参数进行建模、分析、计算和测量,并根据这些参数设计了钳位电路,通过实验验证了其可行性。实验结果表明,所设计的阻容二极管(RCD)钳位和阻尼电路对减小开关管应力和电压振荡是有效的,有利于提高变换器的工作效率。

正激式DC/DC多路输出变换器设计

介绍了正激式DC/DC多路输出电源拓扑,简单介绍了两种精确调节技术:利用磁放大器进行后级调节和次级同步调节技术(SSPR)实现精确输出,并比较了其各自的优缺点。最后以一个设计示例,采用次级同步调节技术,运用AP法讨论了正激式多路输出变压器、耦合电感器的优化设计,以提高多路输出变换器的效率,改善负载调整率、交叉调整率等问题。实验结果表明,采用次级同步调节技术方案有效地提高了多路输出变换器的效率,改善了负载调整率、交叉调整率。