三元件串联LLC谐振变流器的优化设计策略

三元件串联LLC谐振变流器是目前世界上最受关注的直流/直流变流器之一。但只有通过合理的优化设计才能充分发挥其在变换效率方面的优势。在对LLC谐振变流器进行理论分析和损耗计算的基础上,从品质因数Q和变压器励磁电感量与谐振电感量比值m的角度提出一种在工业应用中普遍适用的效率优化设计策略。最后设计研制了一台LLC谐振变流器样机,其较高的变换效率证明了该优化设计策略的正确性和有效性。

一种具有自限流功能的LLC谐振变流器拓扑

提出了一种新型的具有自限流功能的LLC谐振变流器拓扑,在过流或短路时能有效地限制 电流增长,从而起到保护电路的作用。给出了详细的理论分析和电路参数优化设计考虑以实现较 好的限流效果;针对一台输出为110 V／10 A的电力操作电源实例给出了具体参数设计步骤,并通 过计算与仿真来验证参数设计结果,最后制作了一台相同参数的实验样机,进行了实验验证。理论 分析和实验结果表明,所提出的拓扑具有结构简单、限流效果好、频率变化范围窄等优点,特别适合 工业应用如电力操作电源等。

第四类LLC谐振变流器模块功能准同构拓扑探求及变形研究

针对现有第4类LLC谐振型DC-DC变流器拓扑种类繁多,研究芜杂的现状,该文在总结第4类LLC谐振型变流器基本特性及分析方法的基础上,从模块电路功能辨识的角度出发,将该类变流器拓扑重新统一构建在一个由若干基本功能电路模块组成的宏模型内,并探求归纳其所有基于此宏模型的功能电路模块准同构拓扑形式。这些拓扑形式保留了第4类LLC谐振型DC-DC变流器的特征和优点,可根据输入输出及磁隔离要求而分类,并具有各自适用的应用场合,是电力电子系统集成优选拓扑类。进而,这些拓扑可柔性改造成诸多变形形式,从而适用于一些特殊应用,例如高压输入及高效率多路输出场合。最后,用一个适用于不间断电源(uninterruptible power supply,UPS)系统后备模式直直转换的样机验证第4类LLC谐振型DC-DC变流器准同构拓扑及变形形式的多样性和在工业应用中的有效性。

新颖软开关推挽LLC谐振变流器及其拓扑延拓

为了解决在线式不间断电源系统(UPS)中,采用备用电池供电的升压直流-直流(dc-dc)变流器所存在的输入输出增益比和效率不能兼顾的问题,提出一种新颖的高效高增益升压推挽式隔离型电感-电感-电容(LLC)软开关串联谐振变流器.该变流器中的所有功率半导体元件均能实现软开关.通过工作在升压(Boost)模式下获得的高输入输出增益可有效减少变压器匝比,提高转换效率.内部驱动电路因基于推挽电路的结构而得以简化,该变流器适用于UPS电源系统中备用电池的能量升压转换场合.描述该变流器的工作原理和电路特性后,给出其拓扑的各种变化及变形结构,并用一台容量为600V·A的双路输出样机验证了该变流器的有效性和实用性.

全桥LLC谐振变流器的简化时域模型及其应用

以全桥LLC谐振变流器作为研究对象,在对LLC谐振变流器的时域工作模式进行深入分析的基础上,建立各个模式的状态方程以及模式间的边界条件,并进一步提出了一种简化的时域分析模型.基于该模型,推导得到了对LLC谐振变流器设计重要意义的变流器增益曲线.应用该简化模型及对应的增益曲线,提出了基于励磁电感L_m和电感比h的LLC谐振变流器的谐振腔参数设计方法.最后,设计并制作了一台300W的样机,仿真和实验结果都验证了该模型的准确性和设计方法的可行性.

LLC谐振变流器最小工作频率的计算方法

将LLC谐振变流器用于车载充电机(On-Board Charger,OBC)的高频隔离DC/DC。全负载范围内,LLC谐振变流器的原边开关器件实现零电压开关(Zero Voltage Switching,ZVS),副边整流二极管实现零电流开关(Zero Current Switching,ZCS)。考虑输出电压变化时LLC谐振变流器的品质因数也随之变化,以轻载和重载的品质因数为边界条件,计算出LLC谐振变流器的最小工作频率,避免了传统基波近似法不能得到LLC谐振变流器最小工作频率的缺点并为LLC谐振变流器的磁件设计提供理论支持。最终研制了一台3.3k W OBC样机,其功率密度达到1.05 k W/L,整机峰值效率达到95.01%,LLC谐振变流器的峰值效率达到97.4%。

LLC谐振变流器幂指数降频启动方法

为解决LLC谐振变流器带载启动冲击电流大和启动速度慢的问题,从LLC谐振变流器的阻抗特性出发,分析了LLC谐振变流器在启动过程中的阻抗特性和电流冲击特性,提出适用于LLC谐振变流器的幂指数降频启动方法。该方法降低LLC谐振变流器的启动冲击电流,同时提高了LLC谐振变流器的启动速度。2 kW LLC谐振变流器样机的实验结果表明,在启动频率为500 kHz时,相比于传统启动方法,幂指数启动法可将启动时间从80 ms缩短到14 ms,还可将启动冲击电流从7.0 A降低到6.8 A,有助于减小开关器件的电流应力和开关损耗。

LLC谐振变流器启动过程的优化设计方法

LLC谐振变流器因软开关、高效率和高功率密度等优点而被广泛应用在各种工业领域,但LLC谐振变流器难以在快速启动和低启动冲击电流之间取得均衡效果。为了降低LLC谐振变流器启动冲击电流和缩短LLC谐振变流器的启动时间,提出了一种改进的谐振参数设计方法,通过改进LLC谐振变流器在启动瞬间的输入阻抗,达到降低启动冲击电流的目的。为了验证所提出的设计方法的有用性,开发了一台2.3 kWLLC谐振变流器样机,实验结果表明提出的方法不仅有效地降低了启动冲击电流,还明显地提高了LLC谐振变流器的启动速度。

三元件串联LLC谐振变流器同步整流策略

本文在归纳总结LLC谐振变流器现有同步整流技术的基础上对各技术的优缺点进行了详细的分析和比较,并提出了新型的一次侧电流采样方案以及一种应用于倍压整流结构的新型电流型同步整流技术。除此之外,本文还从电力电子系统集成的角度提出了新型的单封装结构同步整流技术解决方案。

具有自主均压能力的混合型LLC谐振变流器研究

提出一种基于飞跨电容的混合型LLC谐振变流器。变流器利用飞跨电容实现对输入电压的分压处理,把原边开关管的电压应力自动钳位在输入电压的一半,有利于变流器工作在高输入电压大功率的场合。输入电源经过飞跨电容的分压分流后连接到LLC谐振网络,利用LLC谐振变流器所具有的滞后功率因素特性实现原边开关管的软开关,减小开关损耗,提升变流器效率,并且利于实现高频化。此外,通过LLC谐振变流器所具有的频率增益特性,可以在较宽的范围内实现对变流器电压增益的调整。最后,制作一个400-640V输入、48V输出的1 kW实验样机,验证所提出的拓扑的有效性。

LLC谐振变流器中平面变压器铜损优化设计

本文对平面变压器应用于LLC谐振变流器中时的铜损进行了分析。与普通的变压器不同,LLC中的变压器同时实现了一个变压器和一个电感的功能。这使得变压器一、二次电流并不是同相位的,并导致一些额外的铜损。本文对绕组结构和气隙的影响分别进行了分析,在损耗分析的基础上讨论提出了一些LLC谐振变流器中平面变压器的优化方法。在分析过程中,利用有限元分析(FEA)仿真工具为理论分析提供帮助。并制作了一台300～400V输入,12V/33A输出的样机来检验理论分析和仿真结果。

基于交错Boost变流器和LLC谐振变流器的高效率车载充电机

载充电机(OBC)是电动汽车(EV)的关键部分,为EV提供充电通道。OBC的前级AC/DC电路采用交错Boost电路进行功率因数校正、控制直流母线电压。后级DC/DC采用隔离型全桥LLC电路对充电电压和充电功率进行控制。对交错Boost变流器的效率进行计算,并对LLC谐振变流器的效率进行优化。开发一台3.3 kW OBC样机,其整机效率高达94.9%,功率因数超过99.5%。交错Boost变流器和LLC谐振变流器的效率分别达到97.7%和97.6%,OBC的功率密度可达1.05 kW/L。

考虑最大输出电压和效率的LLC谐振变流器的设计方法

基于能量守恒法,计算LLC谐振变流器在谐振点处的效率。首先,根据效率的需求对谐振频率和励磁电感进行优化设计。然后,分析谐振电感对最小开关频率和最大输出电压的影响,根据所需最小开关频率和最大输出电压对谐振电感进行优化设计。同时,为了提高谐振参数的设计精度,通过能量法计算变压器的漏感,并将其考虑到谐振电感的设计过程中。为了证实所提出的设计方法,制作一台用于车载充电机的3.3k W LLC谐振变流器的样机,其输出电压范围为230~430V。在全输出电压范围内,样机的效率超过95.9%,峰值效率超过97.5%,实验结果验证了所提出的设计方法可在宽输出电压范围内提高LLC谐振变流器的效率。

基于电流角法的LLC谐振变流器参数设计

根据LLC的拓扑结构和工作原理,建立LLC全桥谐振变流器的数学模型。基于模型中谐振电感、谐振电容、变压器的励磁电感及输入电压等与输出电压的模型关系,对LLC变流器的系统增益特性与系统参数之间的关系进行分析,得到一种电流角的设计方法。基于变压器励磁电感的电流与谐振电感电流的比值,采用此方法设计了一台3.3 kW,额定谐振频率为100 kHz的全桥LLC谐振变流器。实验结果证实了此设计方法的可行性。

最小原边通态损耗高压输入多谐振推挽变流器

为了提高新型燃料电池能源系统能量转化传递的效率,延长燃料电池本体寿命,提出了一种最小化原边通态损耗的高压输入软开关多谐振推挽变流器。该变流器继承了传统推挽变流器和传统LLC多谐振变流器的全部优点,可用于低成本、高效高功率密度场合,且其原边所有主开关管上的电压应力均为输入电压,故较传统推挽变流器更适用于高压输入的场合。此外该拓扑还通过将原边电流均分至2个推挽支路的方式将原边通态损耗降为传统推挽变流器的一半,提高了转换效率,因而该新颖变流器非常适合作为燃料电池系统中后级单向宽范围输入的高效率直流电源。在详细分析了该变流器的工作原理和关键参数的设计方法后,以一台1kW的实验样机验证了该拓扑的可靠性和有效性。样机的满载效率达到了97%。

基于两级式电路的隔离型高效率车载充电机

车载充电机(On-Board Charger,OBC)是电动汽车(Electric Vehicles,EV)的关键部分,为EV提供充电通道。它需要具有隔离功能,因此,常采用两级式电路作为OBC的拓扑结构,利用后级DC/DC电路提供电气隔离。限于车载空间,OBC还须具有高效率、高功率密度的特性。由于交错Boost变流器和LLC谐振变流器均具有高效率、高功率密度的优点,因此常采用它们分别作为OBC的前级AC/DC电路和后级DC/DC电路。加之,OBC面对的是电压范围变换较宽的电池负载,其电压增益必须得到优化设计。在上述背景下,对所选择的两级式隔离型OBC的效率和电压增益进行了优化设计,开发了一台3.3 kW OBC样机,其整机效率高达94.9%,功率因数超过99.5%,充电电压范围为230~430 V。交错Boost变流器和LLC谐振变流器的效率分别达到97.7%和97.6%。OBC的功率密度可达1.05 kW/L。

高效率二次整流电路

传统中心抽头式容性二次整流电路因其在变换效率及功率密度方面的优势被广泛应用于电流型DC-DC变流器中,如LLC谐振变流器及隔离型推挽Boost变流器等。但是因变压器二次漏感与整流管寄生结电容在换流时产生的寄生振荡所引起的电压尖刺增加了整流管的电压应力,限制了更低耐压等级整流管的应用,不利于整机效率及功率密度的进一步提高。另外,传统中心抽头式容性二次整流电路具有较大的电流纹波,增加了导通损耗及输出滤波器的设计难度。本文对改进型容性二次整流电路进行了深入地分析研究,利用飞跨平衡电容能够有效实现二次整流管电压应力钳位及输出电流纹波抑制,从而显著提高整机的变换效率,降低输出滤波器的设计难度。