高压直流LCC谐振变换器的分析与设计

设计了一种基于LCC串并联谐振电路的高压直流电源。通过对LCC谐振电路的详细分析 ,绘出了电路工作于主模式的状态轨迹图 ,并推导了其稳态时的解析表达式 ,根据此解析表达式画出了LCC谐振电路的负载曲线 ,为LCC谐振电路的参数设计提供了一种有效的设计方法。最后 ,根据此曲线设计了实验参数 ,给出了实验结果。

高压大功率场合LCC谐振变换器的分析与设计

具有电容型滤波器的LCC谐振变换器十分适用于高压大功率场合,由于具有三个谐振元件,变换器在工作中呈现出多谐振的过程,使得分析与设计繁琐复杂。本文分析了其工作原理,采用基波近似法得到了该变换器的等效交流电路,在此基础上推导了它的数学模型,提出了一种详尽的设计方法,该方法简单、直观并且准确,可以保证所有开关管在全负载范围内实现零电压开关,减小电流应力、轻载环流和开关频率的变化范围。通过一台输入100V,输出16.5kV/230mA,采用变频控制的样机验证了设计的正确性。

基于高频高压电除尘用LCC谐振电源特性的网侧整流方式比较

高频电除尘电源系统由网侧整流器和高压电源组成。高压电源采用LCC谐振变换器,其工作于双脉冲模式时更利于控制,基于该模式下电路模型,详细推导了各时间段解析表达式,确定了输出限制条件。通过建立功率平衡方程并定义电压传输系数、等效负载系数及频率系数建立三者间数学关系并绘出相应关系曲线作为后级参数设计依据。深入分析后级工作特性并证明在临界频率下调节母线电压的调压特性比断续模式下调频调压的更好,高压侧输出电压在最大值以下调节时谐振电流峰值大幅减小。为对比不同整流设备与后级特性匹配的差异并解决目前高频电除尘电源系统因普遍采用三相二极管整流器作为前级而给电网带来的谐波注入问题,分别设计了近正弦输入电流整流器及PWM整流器作为入网设备,用Saber仿真软件对2个具有相同额定输出功率、电压的整机系统特性进行对比分析,结果验证了特性分析的正确性并证明PWM整流器因其直流母线电压可控且可调从而能更佳地匹配电除尘电源系统后级工作特性。

LCC谐振充电IGBT开关Marx发生器

为满足Marx发生器的充放电脉冲工作要求,提出采用恒导通时间-恒频率控制策略的LCC串并联谐振变换器作为IGBT开关Marx发生器的充电电源。利用Pspice软件和等效模型模态方法对断续模式工作的LCC变换器实现软开关的原理进行分析,给出设计原则。仿真结果表明变换器能够以较高效率满足Marx发生器从短路到开路的宽范围变动工作特性的充电要求,实现高达1kHz重复频率变频变脉宽稳定运行。所提出的方法为研发制造紧凑型一体化高重复频率Marx发生器式功率脉冲电源开辟了一条新路。

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。

PWM-PFM混合控制LCC谐振变换器研究

输入电压和负载宽范围变化时,变频控制LCC谐振变换器的开关频率变化范围宽,而移相控制LCC谐振变换器难以实现宽范围零电压关断（zero voltage switching,ZVS）。为了在较窄开关频率范围内实现LCC谐振变换器的宽范围软开关,该文提出一种脉宽-脉频调制（pulse width modulation-pulse frequency modulation,PWM-PFM）混合控制LCC变换器。通过同时调整LCC变换器原边开关管的导通角与开关频率,在宽输入电压和宽负载变化范围内,提出的PWM-PFM混合控制LCC变换器能在稳压输出的同时保持变换器ZVS软开关工作。此外,PWM-PFM混合控制LCC谐振变换器的开关频率范围较窄,简化了变换器磁性元件的设计。以工作在电容电压连续模式（continuous capacitor voltage mode,CCVM）的LCC谐振变换器为例,利用基波近似法,分析PWM-PFM混合控制LCC谐振变换器的工作原理和控制特性,对谐振元件和控制参数进行设计。最后,通过一台100-200V输入、48V/500W输出的实验样机验证了理论分析的正确性。

LCC谐振变换器电流输出特性研究与软开关实现

高压充电变换器是电磁发射脉冲成型单元的重要组成部分,为储能电容提供高质量能源。为满足脉冲成型单元对充电速度、线性度和电压重频稳定度要求,对电流断续模式下LCC谐振变换器电流输出特性和软开关进行研究。提出基于数字控制器的脉冲电容储能方案,该方案利用双脉冲模式下的恒流输出特性实现快速线性充电;利用单脉冲模式下的涓流输出特性实现恒压充电,提高电容电压的重复稳定度。采用新的调宽调频控制算法,在全电压增益范围内,利用分段线性函数拟合法对临界断续开关频率进行在线跟踪,最大程度地提升变换器断续模式下的电流输出能力,获得近似恒流特性;提升充电速度的同时,实现全程软开关。通过变换等效电压增益,由恒流充电切入涓流充电,依靠电压闭环获得恒压输出。实验数据验证了控制算法的可行性。

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。

基于LCC谐振的恒频移相高频链逆变器研究

本文将移相控制、LCC谐振电路与SPWM控制技术有机结合,提出了一种单相软开关高频链逆变电路拓扑,它主要由单极性移相控制逆变器、LCC谐振电路、高频变压器、周波变流器和低通滤波器组成。在深入分析了它的工作原理、控制方法及电流连续条件下的工作模式基础上,针对阻性负载进行了开环实验,实验结果证明了该电路拓扑的正确性和可行性。

LCC谐振式永磁机构储能电容恒流充电控制

针对真空断路器永磁机构分合闸储能电容恒流充电问题,在分析LCC谐振变换器谐振电流断续模式(DCM)输出特性的基础上,采用模糊恒流控制算法。为解决LCC谐振变换器随着充电电压上升,传统PFM控制难以维持恒流输出从而导致电能传输能力下降问题,采用临界断续频率追踪控制思想,提出一种无需通过精确测量寄生电容参数建立精准数学模型的临界断续频率追踪方法,建立模糊控制器并结合实时临界断续频率实现零电流关断和反向谐振电流同步续流,以提高电能传输效率,实现对永磁机构储能电容的快速恒流充电。实验结果表明,该文提出的模糊恒流控制算法和临界断续频率追踪方法实现了储能电容的恒流充电,并具有工程可行性。

恒频移相LCC谐振变换器的设计

采用交流法对移相式LCC谐振变换器进行了稳态分析,用MATLAB软件绘制了电压转换比M与ωs/ωr、Cp/Cs、品质因数Q及移相角θ之间的关系曲线,并利用PSIM软件对变换器进行了仿真。仿真和实验结果表明,开关器件零电压开通,可减少开关损耗,有利于提高效率。

基于LCC谐振变换器的脉冲等离子体推力器优化充电技术

针对脉冲等离子体推力器(pulsed plasma thruster,PPT)高压储能电容充电技术,研究了LCC谐振变换器的输出特性。为了满足充电电源需要足够大恒流输出能力的需求,分析了LCC谐振变换器在电流断续模式下的工作原理,并着重解析了双脉冲输出的工作模式,将电流输出能力最大化。为了优化充电电源的效率,研究了变换器的软开关实现条件,特别是在谐振槽能量回馈阶段采用同步整流技术,显著降低了功率管损耗。为了使充电电源具有较高的电压精度,在恒压工作阶段采用了软开关滞环Burst控制策略。最后,搭建了一台输入电压28 V、输出电压2 kV、最大输出功率400 W的实验样机,通过实验证明了所提方案的有效性和可行性。

基于LCC谐振变换器的锂电池充电电路

针对以LLC谐振变换器为主电路的锂电池充电器开关频率变化范围较大,恒压涓流充电时调节特性差的问题,提出了以电容输出滤波的半桥LCC谐振变换器作为主电路的锂电池充电电源设计方法。分析了电容输出滤波半桥LCC谐振变换器的恒流和恒压输出特性以及恒流恒压模式的转换过程,给出了变换器精确的参数设计方法。搭建了160 W的实验样机,实验结果验证了该方法是可行的。恒流模式下,当输出电压在20~80 V变化时,变换器的工作频率变化仅有3.33%,并且通过调节工作频率,可以实现空载恒压输出。变换器的开关管能在全范围内实现软开关,最高效率94.5%。

双有源桥LCC谐振双向DC-DC变换器的研究

提出了一种新型的双有源桥(Dual Active Bridge,DAB)LCC谐振双向DC-DC变换器,将LCC谐振槽应用到传统的DAB双向DC-DC变换器中。分析了正向传输功率时,该变换器具有的变压器原边开关管零电压开关(zero voltage switching,ZVS)和副边整流二极管零电流开关(zero current switching,ZCS)的优点,同时,还分析了反向功率传输时的buck工作模式。仿真和实验结果证明:该变换器可以实现功率双向传输并实现开关管的ZVS和ZCS开关。

LCC谐振变换器的优化设计与实现

LCC谐振变换器是电除尘高频高压电源的核心器件,十分适用于高压大功率场合;因此研究一种方法使LCC谐振变换器的设计更加方便准确,更好的增强电源性能,提高电源工作效率非常重要的;针对连续模式应用于电除尘高频高压电源的不足,采用LCC谐振变换器断续模式进行优化设计;首先分析了带RC负载的LCC谐振变换器断续模式(简称DCM)的工作原理及拓扑结构,采用状态空间法推导了其数学模型,研究并建立了新颖的LCC谐振变换器断续模式下的损耗模型;在此基础上提出了一种基于遗传粒子群算法的LCC谐振变换器优化设计方法;这种优化设计方法使得系统实现了软开关技术,电源损耗得到了有效抑制,设计过程直观、准确;并在现场通过一台72KV/85KW的电除尘高频高压电源样机验证了其正确性。

一种LCC谐振变换器的参数设计方法

针对电容输出滤波LCC谐振变换器设计时预设阻抗角导致变换器效率较低的问题,分析了LCC谐振变换器死区时间、谐振阻抗角和损耗之间的关系,推导出满足软开关条件的最小阻抗角与死区时间,得到LCC谐振变换器阻抗角与死区时间的选择方法,并以此为基础提出了谐振网络参数设计方法,使变换器在满足软开关条件的同时,阻抗角最小,减小了变换器损耗。用所提出的方法设计了160 W LCC谐振变换器电路,满载效率达到94.2%,实验结果证实该方法是有效的。

开环控制的宽范围恒流LCC谐振变换器研究

为了简化LED驱动电路设计,满足开环控制下LED驱动电路宽电压输出恒流的要求,提出了以开环控制的LCC谐振变换器为主电路的LED驱动设计方法。分析了LCC谐振变换器的恒流特性及影响恒流精度的因素,并由软开关条件得到了电路的参数设计方法。以该方法设计的160 W恒流LCC谐振变换器,能在20~80 V的输出电压范围内恒流,最大恒流误差为4.45%,满载效率为94.7%。

一种LCC谐振变换器无功环流最小化设计方法

针对电容输出滤波的LCC谐振变换器阻抗角设置过大导致原边无功环流较大和变换器效率较低的问题,提出了最大负载时阻抗角为0°的谐振网络参数优化方法。用基波近似法得到电容输出滤波的LCC谐振变换器交流等效电路及其阻抗特性,然后推导出变换器在满载时谐振网络阻抗角为0°的条件,并在此基础上研究谐振网络参数优化方法,设计了150 W LCC谐振变换器,用SIMPLIS进行仿真分析。仿真结果证明,该方法能有效减小阻抗角,提高变换器效率。

一种宽范围ZVS定频LCC谐振变换器设计

与传统变频LCC谐振变换器相比,定频LCC谐振变换器具有磁性元件设计简单的优点。然而,在宽输入电压或宽输出功率应用场合,滞后臂开关管极易失去ZVS软开关,导致定频LCC谐振变换器存在开关损耗大、系统效率低、EMI干扰大等问题。针对以上问题,该文通过在定频LCC谐振变换器的两个逆变桥臂之间加入由辅助电感和隔直电容构成的辅助网络,提出一种宽范围ZVS定频LCC谐振变换器,在较宽输入电压和负载变化范围内实现开关管的ZVS,且具有较小的谐振电流,有利于器件选型。该文研究宽范围ZVS定频LCC谐振变换器的稳态工作特性,推导其ZVS条件,并给出谐振元件和辅助网络的参数设计步骤。最后,通过一台500W/48V实验样机验证理论分析的正确性。实验结果证明,该文所提出的变换器具有宽范围ZVS特性。

基于LCC谐振变换器的PFU充电系统恒流特性优化

针对脉冲成型单元（PFU）储能电容充电环节,研究了基于LCC的串并联谐振型变换器。为解决传统恒流控制方案带来的电流输出能力低和幅值衰减的问题,满足电源对充电效率、线性度和重复频率稳定度的要求,对工作在电流断续条件下的LCC谐振变换器电流输出特性进行研究。利用临界频率控制方案：在数字控制器内部,采用分段线性函数近似拟合法对临界断续开关周期曲线进行近似拟合,随着充电电压的变化,不断修正开关周期,实现了临界开关周期曲线的在线跟踪,有效增加了输出电流占宽比,提升了电流输出能力。在控制算法上,通过引入输出电流闭环控制,实现了恒流输出,保证了充电效率和充电电压的线性度。同时,在整个充电过程中实现了全程零电流软开关。实验数据验证了理论分析的正确性和控制方案的可行性。