应用于储能系统的CLLLC谐振变换器控制策略研究

动态性能和运行效率是CLLLC谐振变换器的重要性能指标。针对传统电压闭环控制加入电流驱动同步整流后系统动态性能进一步变差的问题,提出一种谐振电流内环的电压电流双闭环变频控制策略,并给出双环控制和同步整流的综合控制方法。首先根据变换器的增益特性,分析电感比和品质因数对增益曲线和效率的影响,并据此进行谐振参数设计;其次根据不同谐振状态下的谐振电流特性实现同步整流;最后引入谐振电流内环控制,实现双环控制和同步整流的综合控制。仿真结果表明,所提综合控制策略能够产生精确的同步整流驱动信号,相比于传统电压闭环控制,能够显著改善变换器对负载扰动和电压扰动的动态性能。

宽电压增益CLLLC谐振变换器的改进型电流解析方法

对谐振电流的精确解析是计算CLLLC谐振变换器损耗的重要环节。针对宽电压增益CLLLC谐振变换器励磁电感与谐振电感比值较小的特点,基于电流拟合近似法提出了一种改进型谐振电流解析方法。首先通过分析变换器在三元谐振期间的等效拓扑,列写出谐振电流的阶段解析式,其次在考虑到三角函数未知量求解计算复杂的情况下,提出了修正系数的概念以简化计算,最终根据谐振电流的波形特点得出谐振电流初始解,并进一步通过分段迭代的方法逐步逼近谐振电流真实值。仿真结果表明,所提出的改进型电流解析式相比于传统方法,在三元谐振期间能够更加准确地描述谐振电流的变化过程,验证了所提方法的正确性。

MOSFET输出电容对CLLLC谐振变换器模型的优化

在CLLLC谐振变换器基波等效建模方法中,未虑及变压器二次电流为零及死区时间内MOSFET输出电容对输出侧H桥桥臂中点电压的影响,当开关频率低于谐振频率(欠谐振)时,变换器输出侧H桥桥臂中点电压模型的准确性有待进一步提高。该文通过解析变换器欠谐振区域模型准确度较低的成因,得到变压器二次电流为零及死区时间内MOSFET输出电容电压方程,对基波等效建模方法进行了更为深入的研究,提出了状态变量(输出侧H桥桥臂中点电压、变压器二次电流)与变换器增益的优化计算方法。该方法计算式中包含开关频率、谐振频率、输出电压和MOSFET输出电容的信息,减小了状态变量稳态值求解误差,使等效输出负载与谐振腔参数更加准确,解决了欠谐振时变换器输出侧H桥桥臂中点电压模型精度相对较低的问题。最后,搭建CLLLC谐振变换器电路仿真模型与实验系统对所提方法进行验证,结果验证了该文理论分析的正确性。

三电平CLLLC谐振变换器的变频移相混合控制策略

三电平CLLLC谐振变换器因功率开关管承受电压应力低、功率密度大、软开关范围广的特点而闻名,但同时也存在启动电流过大、可调输出电压范围窄等问题。本文以正反向结构完全对称的三电平CLLLC谐振变换器为研究对象,详细分析了该拓扑结构的工作原理及其增益特性;在此基础上研究三电平CLLLC谐振变换器的软启动控制策略和变频控制(pulse-frequency modulation,PFM)升压、变频移相混合控制(pulse-frequency modulation+phase-shift modulation,PFM+PSM)降压的混合控制策略;最后通过Matlab/Simulink仿真验证本文所研究控制策略的有效性。仿真结果表明:本文研究的软启动控制能有效抑制启动阶段的电流过冲,变频加移相的混合控制策略能保证在宽输出电压范围的条件下满足开关管软开关特性,并且在模式切换和负载切换下都拥有较好的动态性能。

基于双向半桥CLLLC谐振变换器的锂电池均衡电路

锂电池因其能量密度高、自放电率低等优点被广泛应用于新能源领域。由于每个电池单体容量不尽相同,在使用时往往伴随着电池过充、过放等问题,电池使用寿命将受到极大影响,严重时甚至会出现自燃、爆炸等安全问题。该文提出基于双向半桥CLLLC谐振变换器的锂电池均衡电路,通过其在不同工作状态下的四种工作路径,可实现任意电池单体间的容量均衡。搭建一套6个电池单体的均衡电路,根据实验结果验证了所提基于双向半桥CLLLC谐振变换器的锂电池均衡电路具有均衡路径灵活、均衡速度快、均衡效率高和绕组数量减半等优点。

CLLLC谐振双向储能变换器设计与研究

为了解决LLC滤波器不能实现双向功率传递的问题,基于LLC滤波器技术,进一步研发了一种具有双向能量流动能力的全桥CLLLC谐振直流变换器,对其技术参数进行了设计,并搭建了1台1.6 kWCLLLC谐振直流变换器实验样机,对其工作特性进行了实验验证。结果表明,所设计的CLLLC双向储能变换器的效率可达97.71%,满足了储能变换器高效率输出的要求。

CLLLC谐振变换器变频移相控制策略

针对CLLLC谐振变换器存在脉冲频率调制(PFM)的电压增益范围不足、移相调制(PSM)下只能实现降压功能、负载投切扰动对输出电压影响较大问题,提出了一种可分别调节开关频率与移相比的变频移相控制方法。该方法可以根据输入电压范围自由切换控制模态,实现宽电压范围软开关;通过引入线性自抗扰控制(LADRC)策略,减小了负载投切扰动对输出电压的影响,并与传统PI算法进行了对比。最后,通过PLECS仿真验证了理论分析的正确性和控制策略的有效性。

双向CLLLC谐振变换器的软起动及同步整流研究

针对实际应用中LLC谐振变换器存在许多问题,分析了适用于微网系统中连接储能系统的CLLLC谐振变换器的工作原理,利用基波分析法(FHA)建立变换器等效模型,得到其增益曲线,分析了谐振参数差异对增益曲线的影响。采用一种复合软起动控制策略,有效降低了启动过程中谐振网络中的冲击电压和电流。采用一种电流控制型同步整流控制策略,提高了变换器的效率。利用MATLAB/Simulink进行仿真,仿真结果验证了CLLLC谐振变换器设计和理论分析的正确性。

CLLLC谐振电路模型改进方法研究

CLLLC谐振变换器能实现功率双向流动以及全局软开关而广泛应用于电动汽车充电和直流微电网中。文中对CLLLC电路的小信号建模方法和静态建模方法分别进行改进。谐振型变换器,由于其状态变量含高频的开关分量且开关周期平均值为0,因此,无法满足传统状态空间平均法中小纹波假设的条件。对传统扩展描述函数法进行改进,通过正弦和余弦分量的叠加来表示对应的状态变量,并对各状态变量取各模态的加权平均值,建立CLLLC电路的小信号模型。在开关频率小于谐振频率段内,为简化建模中对状态量稳态值的求解计算过程且同时保持高精度,提出一种状态变量优化计算方法,即在等效输出负载中包含开关频率和谐振频率信息,在此基础上对输出电压波形进行简化近似,得到更准确的输出等效负载。该方法可得到与基波近似(fundamental harmonic approximation,FHA)法相同的简化结构,解决了其工作在欠谐振时状态量求解精度低的问题。此外,该模型还可用于电路参数设计,以提高谐振腔参数设计的精度。最后,通过仿真和实验对所提模型进行对比和验证。

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。

CLLLC谐振式双向DC-DC变换器前馈控制策略设计

双向DC-DC变换器在储能系统中应用广泛,提高变换器效率能够在工程上具有重要意义。对CLLLC谐振式双向DC-DC变换器工作原理进行分析,研究了实现所有开关管的零电压开通情况下谐振电感和电容的设计要求,同时设计一种基于前馈的反馈网络对双向DC-DC变换器进行控制。基于前馈控制的CLLLC谐振式双向DC-DC变换器有效抑制了储能系统的输入和输出端电压纹波,控制系统能够使得开关管实现零电压开通,提高了变换器系统效率。样机测试验证了设计的控制系统能够在变换器双向工作过程中实现所有开关管的软开关过程,使得变换器效率得到提升,同时具有良好的稳态性能。

基于双脉宽调制的交错Boost集成型CLLLC谐振变换器宽增益控制策略

交错Boost集成型CLLLC谐振变换器具有高增益、高效率等优点,在使用脉宽调制时理论上可得到较宽的电压增益范围,但其在现有的定频同步PWM下会随着占空比逐渐偏离0.5而出现越来越大的电流尖峰,导致占空比调节范围受限,其电压增益范围相比于传统的谐振变换器无明显优势。为实现宽增益,该文采用双脉宽调制的方法克服了定频同步PWM的缺点,提出定频同步双脉宽调制与变频双脉宽调制两种调制方式,并通过分析,构建两种调制方式的切换点,最终形成一种宽增益控制策略。该文分析了所提出宽增益控制策略的工作原理及运行特性,并通过实验验证了该控制策略的可行性与理论分析的正确性。

复杂环境下基于变论域模糊神经PI的通信电源能量控制算法

CLLLC谐振变换器因其高功率密度、高对称性等特点,被广泛应用于通信电源领域,但CLLLC谐振变换器是非最小相位系统。为解决CLLLC谐振变换器系统在传统PI控制下动、稳态响应速度慢,抗干扰能力弱等问题,以BP神经网络控制算法与变论域模糊控制算法相结合的形式,设计了变论域模糊神经PI控制算法。将BP神经网络训练过程融入模糊PI控制算法,优化了模糊规则的隶属度函数;结合变论域思想,设计了变论域模糊神经PI控制算法,提升了CLLLC谐振变换器系统的抗扰动性能,提高了复杂环境下系统电能传输的可靠性。借助MATLAB/Simulink仿真平台进行仿真实验,结果证明了算法设计的正确性。

基于同步PWM控制的双向CLLLC谐振型直流变换器运行特性分析

针对直流配网中用于实现电气隔离以及能量双向传输的双向DC-DC变换器,提出了一种基于同步PWM控制的双向CLLLC谐振型变换器。该变换器结构简单,控制易实现,具有良好的软开关能力,较普通变频控制的双向谐振型变换器又具有正反向工作特性一致、能量传输方向自然、平滑切换等特点。该文介绍变换器基本工作原理,并基于等效电路模型对该变换器平滑切换的功率传输特性以及软开关特性展开了详细分析,为变换器中谐振槽的参数设计和优化提供了有效指导。最后研制了一台1.65kW基于GaN HEMT的实验样机,峰值效率达到98.4%,实验验证本文所提变换器的可行性和理论分析的有效性。

一种双向CLLLC谐振变换器的混合升压控制方法

CLLLC谐振变换器存在频率变化范围较大、升压范围较小的问题,不利于元器件设计及优化。针对CLLLC谐振变换器提出一种混合式升压控制策略,减小了频率变化范围,并使升压范围在变频控制的基础上进一步扩大,在实现软开关的同时能适应更宽范围的电压输入,结构可靠、易于实现。利用时域分析法,分析了混合控制下CLLLC谐振变换器的升压特性,并与传统变频控制下的增益特性作对比,通过MATLAB/Simulink仿真验证了所提策略的正确性及有效性。

CLLLC谐振变换器变频移相混合控制方法

针对CLLLC谐振变换器存在脉冲频率调制的电压增益范围不足、相移调制的效率较低的问题,提出了一种可同时调节开关管占空比与开关频率的变频移相混合控制方法。该方法可以根据输入电压范围与负载功率变化范围自由切换混合控制模态以实现宽范围软开关与高运行效率,具有极高的调节自由度,且通过移相控制降低了启动时的冲击电流从而实现了软启动。最后,基于时域分析建立了CLLLC谐振变换器的模型,并搭建了一台基于碳化硅(SiC)的1 kW级CLLLC谐振变换器实验平台,实验结果验证了所提混合控制方法的可行性和优越性,整机在宽范围内效率可达96%。

CLLLC谐振变换器的散热器优化设计

MOSFET作为CLLLC谐振变换器的核心器件,其散热设计会影响CLLLC谐振变换器能否安全可靠运行。针对5 kW的CLLLC谐振变换器,分析了散热器的表面温度与功率器件结温之间的关系。在此基础上,探讨了散热器表面温度与与其几何尺寸之间的关联程度,并对散热器肋片数、肋片厚度、肋片高度、风扇的风量等进行了优化设计。介绍了一种能够实现散热器表面温度最小的优化设计方法,并运用仿真与理论设计进行了对比验证。

CLLLC谐振型直流变换器参数设计研究

CLLLC谐振式直流变换器因具有功率双向传输、电压等级转换效率高、正反向运行特性高度一致等很多优点,被应用在电动汽车直流充电桩。但是由于谐振元件个数较多且过程分析复杂,关于谐振回路参数的选择目前的研究缺少一种明确详细的设计方法。基于基波等效法先建模分析了各参数对变换器运行特性的影响以及软开关实现条件,然后提出了步骤详细、原理简单的参数设计两种方法。通过PSIM对其仿真对比第二个方法效率更优。基于效率最优的第二套参数搭建一台150 W、输入80 V、输出20~75 V的实验样机,并验证所提参数设计方法能自然实现软开关及宽范围输出。

双向全桥CLLLC谐振变换器建模与分析

针对传统状态空间平均法不适用于谐振变换器建模的问题,采用扩展描述函数法,建立了双向全桥CLLLC谐振变换器的小信号模型;给出了该变换器谐振参数的设计方法,得到了适用于本文变换器的参数;设计了正向/反向运行时的控制器补偿函数,并搭建闭环仿真电路进行了仿真分析.仿真结果验证了本文所建立的模型和设计的控制器补偿函数的正确性.

新能源储能电池双向CLLLC变换器时域设计

文章针对双向CLLLC谐振拓扑结构提出了一种谐振参数设计方案。为了解决双向CLLLC直流谐振变换器谐振参数设计结构复杂、难度大、准确度低等问题,将双向CLLLC谐振拓扑结构近似为Type-4型结构,然后采用基波分析法分析了谐振参数对变换器增益、输出效率以及软开关实现的影响。在此基础上,采用时域分析法结合变换器谐振电流曲线对变换器进行谐振参数的设计,可以使得变换器在全负载范围内实现逆变侧的零电压开通和整流侧的零电流关断,降低了变换器的无功功率损耗,提高变换器的电能转换效率。最后通过实验和MATLAB仿真验证了方案的正确性。