基于广义状态空间平均的全桥LLC谐振变换器建模及应用

LLC谐振变换器在设计新的控制策略时,传统的设计流程需要手动拟合调试出控制参数,闭环稳定性分析涉及高阶函数计算。为了简化传统设计流程,引入广义状态空间平均(GSSA)理论对全桥LLC谐振变换器进行建模,将传统的阻抗物理模型转化为数学模型,推导出GSSA闭环大信号和小信号模型。通过GSSA模型推导系统传递函数矩阵并分析全桥LLC谐振变换器的动态特性,设计闭环PI控制参数,最后使用特征值分析法判断闭环系统稳定性。GSSA理论和模型结合MATLAB仿真,直接解决高阶函数的计算,快速推导控制参数,简化了设计新控制策略需要的调参环节和稳定性分析环节。为验证建模的正确性,依据建模推导元件参数搭建了400 W全桥LLC谐振变换器样机。在空载和满载两种工况下进行了实验,实验结果表明,系统响应速度快,与设定的输出参数相符合,输出电压纹波小于1%、最大误差0.4 V。仿真结果和样机实验结果验证了基于GSSA的LLC谐振变换器模型的有效性。

全桥LLC谐振变换器的积分滑模-PI混合控制

全桥LLC谐振变换器的PI控制存在响应慢和鲁棒性差的问题,滑模控制存在高频抖振问题。针对这些问题,提出了基于模糊规则切换的积分滑模-PI混合控制方法。首先,通过扩展函数描述法建立全桥LLC谐振变换器的大信号模型,利用输入输出反馈线性化设计滑模面;然后,利用扫频法验证PI控制设计的合理性;最后,经多次实验,确定模糊控制的最佳输入和输出隶属度函数,实现在瞬态时由滑模控制起主导作用,在稳态时仅使用PI控制的混合控制方法。在MATLAB/Simulink中进行仿真分析,仿真结果表明,所提控制方法不仅具有滑模控制的瞬态响应快、鲁棒性强的优点,还消除了高频抖振,具有良好的控制效果。

LLC全桥变结构控制高压直流变换器

当LLC全桥变换器的变压器副边绕组匝数较多时,分布电感和分布电容较大,在变换器的幅频特性中出现附加的谐振峰,使调频控制的控制范围减小,甚至完全失效。提出LLC全桥调频控制和移相控制相结合的变结构控制方法,兼顾扩大控制范围和减小开关应力两方面的性能。根据大功率配网故障定位仪的要求,研制了LLC全桥变结构控制的高压直流变换器样机。用F28335 DSP实现整机控制,完成调频和移相控制的转换,并根据故障状态,分别实现恒流、恒功率和恒压反馈控制。设计的高压直流变换器,最大输出电压为20 k V,最大输出电流为0.5 A,最大输出功率4 k W。样机在实际应用中取得良好效果,验证了分析方法和设计方案的正确性。

基于PFM控制的高效GaN全桥LLC谐振变换器设计

GaN MOSFET作为宽禁带的第三代半导体不仅开关速度快而且导通电阻小,把其用于变换器具有一定的高效性,而LLC谐振变换器作为高效的DC-DC变换器一直被广泛关注。现将GaN MOSFET用作全桥LLC谐振变换器的原边开关管进一步提升变换器的效率,并且通过PFM(变频)控制将变换器的工作频率划分为3个区域,进而找到效率最高的频率点,使变换器以此频率高效运行,文中对全桥LLC谐振变换器进行了参数设计,并基于Plecs和Matlab软件联合仿真验证参数和方案的可行性,搭建硬件平台得到谐振电流、输出电压的实验波形与仿真波形进行对比。实验结果表明,将GaN器件引入全桥LLC谐振变换器后能提高系统的频率及功率密度且最高效率可达96%。

LLC谐振全桥变换器在交流传动电力机车充电机中的应用

用于交流传动电力机车的大功率蓄电池充电机的工作效率要求在90%以上,采用硬开关技术的开关电源难以达到要求。文章将LLC谐振全桥变换器应用到交流传动电力机车充电机中,分析了该变换器的工作原理,提出了一套完整的谐振参数设计方法,并结合SG2525调频控制技术,设计了一款容量为3.5kW的LLC谐振全桥变换器。实验证明该变换器工作稳定,在全输入和全负载范围内都实现了开关管的ZVS,保证电路在高频下的高效运行,达到了交流传动电力机车充电机的要求。

基于GaN全桥LLC谐振变换器交错并联系统的损耗分析

为提高全桥LLC谐振变换器交错并联(FBLLC-SP)系统的效率,且使其理论损耗与实际运行损耗更贴近,对比Cascode型GaN HEMT向系统引入单体增强型GaN HEMT,并将其寄生参数引入到损耗模型中,建立了一种适用于单移相(SPS)开环控制和三移相(TPS)双闭环控制的FBLLC-SP系统精准损耗模型;给出最佳死区时间计算方法,并分析了FBLLC-SP系统在单移相(SPS)开环控制下的理论损耗,提出了不同模态GaN HEMT的暂态损耗和各种通态损耗的精准计算方法;搭建了FBLLC-SP系统损耗模型仿真系统。实验结果表明:本文损耗模型的损耗值比系统实际运行损耗最多高约0.6%,说明本文建立的精细化损耗模型可用于分析系统的实际运行损耗。

全桥LLC谐振变换器软启动混合控制策略

针对全桥LLC谐振变换器在启动时会产生很大的谐振浪涌电流,探讨了一种在启动的不同阶段实现变占空比和变频的混合控制策略。在分析了谐振电流的启动工作过程和工作轨迹的基础上,介绍了全桥LLC谐振变换器数字软启动控制策略的具体实现方法。以32位DSP芯片为控制核心,搭建了一台400 W的实验样机。实验结果表明,该数字软启动混合控制策略能大幅减小全桥LLC变换器谐振电流浪涌,且性能优于移相软启动控制策略。

基于拓展型双曲正切函数的全桥LLC变换器大信号建模方法

连续模型的准确性对于电力电子变换器的特性分析与实时仿真十分重要。由于独特的谐振腔结构,LLC变换器在不同工作频率区间分别以连续电流模式和断续电流模式运行,故而传统方法很难以连续模型实现其多种运行模式的统一描述。为此,该文提出一种基于拓展型双曲正切函数的全桥LLC变换器大信号建模方法。首先,分析各工作频率区间全桥LLC变换器特性,建立一种大信号非连续模型,该模型能够实现LLC变换器多种运行模式的统一描述。然后,构建含陡度因子/脉冲系数的拓展型双曲正切函数,利用其将上述大信号模型连续化,从而建立了全桥LLC变换器的大信号连续模型。基于此模型,连续系统的方法可以被直接应用以实现对变换器特性分析、实时仿真和控制器设计。同时,相比于现有LLC变换器大信号连续模型,该模型具有较低的阶数和更高的精确度。此外,该模型在时域中能够提供次级侧功率器件高准确性的开关信息,便于作为同步整流设计的参考。最后,仿真和实验结果验证了该模型的准确性和有效性。

基于全桥LLC谐振变换器的光伏逆变器升压DC/DC变换器设计

为了提高光伏并网逆变器中DC/DC升压变换器的效率,并减小变换器的体积,提出了一种基于全桥LLC谐振变换器拓扑的DC/DC升压变换器设计方案,并完成了基于L6599谐振控制器的变换器的主电路和控制电路的设计。实验结果表明,该变换器实现了在全负载范围内主开关管的零电压开通,具有较高的效率,达到了设计要求。

宽输入条件下全桥LLC变换器的混合控制策略研究

文中详细分析了全桥型LLC变换器在三种工作模式下的状态轨迹特征,提出了一种宽输入条件下改进的最优轨迹控制策略,并讨论了电路参数选择对控制策略适用性的影响。仿真结果证明了所提策略的有效性。

高效全桥LLC谐振变换器混合控制研究

为了优化电荷控制下全桥LLC谐振变换器的效率,提出一种将电荷控制与间歇控制相结合的混合控制。首先,分析了电荷控制与间歇控制的控制原理,然后,根据间歇控制最大输出功率选取切换点,最后,设计了混合控制方法,使LLC谐振变换器能够在重载和轻载下分别工作在电荷控制和间歇控制。通过PSIM软件对混合控制方法进行了仿真验证,结果表明混合控制相比单一电荷控制总体效率提升了2.5%。

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。

面向新能源的数字型全桥LLC谐振变换器

为了适应新能源发展的需要,将数字型PWM控制方式应用于全桥LLC谐振变换器。该方式不仅可以解决传统变频控制磁性元件设计与优化难的问题,而且还满足了新能源对DC/DC变换器功能的要求。数字型全桥LLC谐振变换器具有功率密度大、效率高、功能种类多等特点,适用于新能源的发展需求。通过实验验证,该方案可行有效。

基于碳化硅MOSFET的全桥LLC谐振变换器设计

第三代半导体碳化硅MOSFET具有高耐压、低导通以及开关频率高等优点,结合全桥LLC谐振变换器效率高、全范围软开关、损耗低等特点,两者在功率变换器中的应用越来越多。分析全桥LLC的工作原理和增益特性,结合MathCAD辅助计算,给出了一套全桥LLC谐振变换器的设计方法,并设计出一套20 kW基于碳化硅MOSFET的全桥LLC谐振电源,通过PSIM验证了设计的正确性。

一种全桥LLC软开关焊接电源

采用变压器的励磁电感,隔直电容,变压器的漏电感和绕制的附加电感构成全桥LLC变换电路,实现一种平特性的软开关全桥焊接电源.结果表明,在整个负载工作范围内,电路工作在两个谐振频率之间,功率开关实现零电压开通,整流二极管的实现零电流关断;整个电路可以工作在更高的开关频率,功率密度高,损耗小,效率高,特别适合在大功率场合.文中讨论了其工作原理,制作3.2 kW焊接电源,并给出试验结果.

直流充电桩后级变换器软启动控制策略研究

随着国家对节能减排的深入推进,电动汽车行业迅速发展。直流充电桩的充电模块作为充电桩的核心,其后级DC-DC环节选用全桥LLC谐振拓扑,使充电桩可以工作在高频大功率条件下,大大提升了充电桩的功率密度。针对该拓扑在启动时存在较大冲击电流的缺陷,详细分析了变换器启动过程中各参数的变化,在原有传统软启动策略的基础上提出了一种先移相后降频的软启动策略,该控制策略结合了移相软启动和降频软启动的优点,在25 ms内即可完成软启动,且工作波形畸变较小,仍可保持全负载范围的软开关特性。搭建了一台实验样机,验证了软启动策略的可行性,并检测稳定工作后的波形畸变情况,实验结果表明,该软启动策略可有效抑制启动冲击电流,具有更佳的启动效果。

双向DC-DC变换器的拓扑研究

双向DC-DC变换器在新能源分布式发电系统、固态变压器、新能源汽车等领域中有着广泛的应用前景。基于LLC电路的双向DC-DC变换器是一种高效的拓扑,拥有较宽的输入范围和软开关、效率高等优点。基于双向DC-DC变换器,文章对目前广泛研究的三种拓扑结构进行了简要介绍、并最终以双向全桥LLC谐振变换器作为研究对象,并对其工作原理和基波情况进行了分析研究。

离子推进器屏栅电源稳压控制方法研究

为了解决离子推进器屏栅电源在负载突变过程中产生的过压、过流等问题,对LLC谐振变换器采用移相-变频控制(PS-PFM)稳定输出电压,当采样电压低于设定值下限时,进入变频控制模式,当采样电压高于设定值上限时,进入移相控制模式。实验证明,相比于常用的调频控制,移相控制的加入能够解决轻载或空载模式下的电压飘高问题,通过PID参数的调整,可以实现负载跳变时的稳定快速调节,使输出电压保持在设定值;通过PCB布局与磁性元件优化设计,所研制的原理样机在额定情况下效率高达98.9%,功率密度可达6.47×10^(6)W/m^(3),在同等级的电源产品中具有优势。

电动汽车直流充电桩电源模块研究与设计

为了提高电动汽车直流充电桩的充电效率与品质参数,对充电桩的电源模块进行了两级式设计。前级功率因数校正电路采用三相三线制三电平VIENNA整流电路拓扑结构,通过SVPWM方式划分矢量空间,将三轴坐标系转化为两轴坐标系,判定参考矢量的路径,将零矢量插入到相邻的基本矢量中,确定七分段式矢量切换顺序与作用时间,调节电容中点平衡系数γ使整流电路中电容中点平衡。后级DC⁃DC转换电路采用全桥LLC谐振变换器提高输出电压的幅值并实现电气隔离,对影响谐振网络的参数进行分析。通过技术方案确定参数设计,采用Matlab/Simulink软件进行系统仿真,结果显示,VIENNA整流电路输出功率因数接近于1,DC⁃DC转换电路输出直流电压提高到710 V,输出电流为21 A,波纹系数小于1%,充电桩充电的效率和品质得到提高。