基于双向半桥LLC谐振变换器的退役电池组均衡方法

退役电池在储能应用过程中,由于其较大的不一致性问题会导致退役电池组出现过充或过放现象,从而限制电池组整体的容量甚至引起热失控,造成安全隐患。针对以上问题,设计一种基于双向半桥LLC谐振变换器的有源均衡电路。该均衡电路通过开关阵列与隔离型双向半桥LLC谐振变换器的相互配合,能够实现单体电池与电池组整体之间的能量传递,使退役电池组中各单体电池达到能量平衡。另外,为进一步提高均衡器的均衡速度及精度,提出一种联合电压与荷电状态(SOC)共同作为均衡变量的多状态均衡控制策略。依据电池组当前不同的能量状态,在电池组静置、充电及放电3种不同状态下,分别采用不同的均衡变量以及对应的均衡策略,从而实现电池组的快速均衡。最后,通过搭建小型的均衡实验样机对6节串联电池进行均衡实验,实验结果表明,所提均衡方法具有较快的均衡速度及较好的均衡效果。

采用金豺优化的LLC谐振变换器自抗扰稳压控制

为解决LLC谐振变换器采用传统PID控制时抑制负载冲击能力差的问题,提出采用金豺优化算法(golden jackal optimization,GJO)的改进线性自抗扰控制方法。该方法基于状态空间表达式,结合降阶模型中的参数信息,改进扩张状态观测器的系数矩阵。利用频域拟合的方法获得线性自抗扰控制器参数初值,避免了繁复的人工调参过程。使用GJO算法对线性自抗扰控制器参数寻优,进一步改善控制器性能。实验结果表明,相较于PSO-PID控制器,GJO-MLADRC控制器有效提高了LLC谐振变换器在系统扰动较大的情况下的动态性能,在负载突增、突降2种工况下,调节时间分别缩短了1.5、1.0 ms,输出电压最大波动量分别减小0.10、0.05 V,改进后的LADRC控制策略有效地抑制了恒压模式下负载波动对输出电压的扰动。

具有混合控制策略的宽输出双全桥LLC谐振变换器

针对宽输出电压范围应用中传统频率控制的LLC型谐振变换器存在开关频率调节范围宽、循环电流大及难实现高效运行等问题,提出1种具有定频移相-定频PWM混合控制策略的双全桥LLC型谐振变换器,以适用于较宽输出电压范围。其由2个全桥LLC型谐振变换器共用1个桥臂组合而成,输出电压通过定频移相-定频PWM混合控制进行调节,使该谐振变换器实现4倍电压增益范围以获得较宽输出电压,同时解决传统频率控制中循环电流过大及在移相控制移相角小时的软开关不能实现问题,提升系统效率。该转换器开关频率工作在谐振频率点,电压增益与负载无关且有助于磁性元件设计,在全负载范围内实现软开关。最后给出详细的电路工作原理分析并通过仿真进行验证,搭建实验平台验证了所提变换器的可行性和有效性。

一种混合滞环控制的LLC控制器应用研究

为优化LLC变换器的瞬态性能、间歇工作特性及轻载效率,提出了一种LLC的混合滞环控制方法及变换器实现方案。在深入分析混合滞环控制原理、对称半桥LLC变换器设计方法的基础上,给出基于混合滞环控制的模拟控制器应用方法及200 W对称半桥LLC变换器的关键参数设计,包括控制器外围电路设计,对称半桥电路设计,驱动电路设计,LLC谐振腔各项参数设计等,并通过实验样机进行详细验证。实验结果表明,所提出的混合滞环控制方法及控制器的应用设计科学可行。

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。

变母线电压的LLC高压电容充电电源设计

提出了一种两级式可变母线电压的高压电容充电电源技术方案,该拓扑在半桥LLC谐振电路的基础上增加了一级图腾柱无桥功率因数校正(PFC)电路,通过改变母线电压来解决传统LLC谐振电源在输出更高电压时,工作频率变化范围过大带来的充电效率下滑的问题。由于图腾柱电路本身具备功率因数校正的功能,该电源设计还拥有能够直接从电网取电而不影响电网电能质量的优势。首先介绍了本电源设计中两部分的电路拓扑和工作原理,采用等效电阻法分析了电容负载下的电源输出特性。针对前级图腾柱电路设计了双环控制器以实现对母线电压和功率因数的控制,针对后级LLC电路提出了比例积分(PI)加低通滤波的恒流控制器以降低高频噪声带来的不利影响。最后通过模型构建与仿真分析,研究了高压电容充电电源3000 V/1 A时的充电特性,验证了本电源技术方案、设计和控制策略的可行性。

基于双不对称LLC半桥的全桥谐振变换器研究

双不对称LLC半桥的全桥谐振变换器是一种采用定频控制的改进型LLC谐振变换器,具有很高的效率.先指出不对称LLC半桥谐振变换器存在的问题,再详细分析双不对称LLC半桥电路的工作原理、工作模态及参数选择,并根据选择的器件参数对变换器模型进行仿真试验.结果表明,该变换器能减小励磁电流叠加的环流损耗、关断损耗和零电压导通的无容性损耗,大大提高变换效率.

基于LLC谐振变换器的四脉冲ZVS间歇控制方法

由于LLC(谐振变换器电路中的谐振电感L_(r)、励磁电感L_(m)、谐振电容C_(r),统称LLC)谐振变换器在DC-DC变换中具有良好的特性,但在间歇控制模式下,仍存在每个控制周期内开关管的第一次开启过程会产生硬开关现象,限制了谐振变换器在轻载条件下进一步提高运行效率的可能性。为了解决这些问题,提出了一种全新的四脉冲模式间歇控制策略。该策略在三脉冲模式的基础上在副边侧设计了一个新脉冲来进行驱动,目的是将副边的能量返流到原边,通过原边开关管在结电容返流完成且体二极管导通时,发出的触发信号,实现原边开关管在第一个触发脉冲导通,从而将变换器运行在效率最优轨迹中。实验结果表明,所提出的控制策略在电压降低工况下可进一步提高了变换器的轻载运行效率,证明此策略的有效性。

高效的LLC谐振变换器变模式控制策略

提出了LLC谐振变换器采用频率调制(FM)和脉冲宽度调制(PWM)的变模式控制策略。输入额定电压时变换器采用FM控制以获得最大性能效率;输入电压降低时,采用非对称占空比PWM控制使变换器处于反激变换模式,获得最大电压增益;在输入电压较高或负载较轻时,采用对称占空比PWM控制,实现全负载范围内开关管零电压开关(ZVS)和整流二极管零电流开关(ZCS),降低开关损耗。对变模式控制策略工作模式以及特性进行了分析,给出了控制方案电路框图。实验结果验证了变模式控制策略的可行性,变换器获得了更高性能效率和更高功率密度。

基于混合控制式交错并联LLC谐振变换器的充电模块研制

为了解决当前电动汽车充电模块效率低、功率小的缺点,提出了一种基于混合控制式交错并联LLC谐振技术的非车载式电动汽车充电模块整体设计方案。所述方案输入侧为VIENNA电路,输出侧为交错并联LLC谐振DC/DC变换器。采用交错并联技术减小输出电流纹波,提高充电模块输出功率的同时,采用移相变频混合控制策略,使得谐振变换器工作在较窄的频率范围之内,因此降低了磁性元器件设计难度,提高了充电模块的转换效率以及功率密度。给出了充电模块整体电路拓扑设计、各模块工作原理以及控制策略,研制了20kW原理样机,与纯变频式交错并联LLC谐振变换器充电模块的对比分析验证了所述方法的可行性。

基于LLC谐振变换器的电力电子变压器

提出了一种基于LLC谐振变换器的三级型降压式电力电子变压器(PET)拓扑结构。所述结构的输入侧高压级为二极管钳位三电平整流电路,以降低开关器件耐压等级;隔离级采用了三电平LLC串联谐振型DC/DC变换器,其每个主开关电压应力是输入电压的一半,并且在全负载范围内工作在软开关状态,可降低PET的损耗,提高其效率;输出侧低压级为两电平三相四桥臂逆变电路,以应对大量存在的不平衡和非线性负载。对所述的PET结构进行了控制方案设计,并做了仿真研究。仿真结果表明:该PET结构在实现了传统变压器隔离、变压和能量传递等功能的基础上,还具备电能质量调节功能,可有效避免系统与负载之间因不平衡或畸变而对彼此产生的影响。

一种基于Burst-PWM混合控制的LLC谐振变换器宽电压范围输出策略

LLC谐振变换器一般采用脉冲频率调节(PFM)方式控制输出电压,因此在最大开关频率受限的情况下输出电压范围同样会受到限制。该文提出一种基于突发控制-变占空比控制(Burst-PWM)的混合控制模式以实现LLC变换器的宽电压范围输出。首先分析Burst控制与PWM控制应用在LLC变换器中的特性及其不足之处。采用Burst-PWM混合控制时,PWM控制能够减小Burst开通(Burst-on)时段内谐振腔电流峰值,而Burst控制能够在Burst-on时段内为PWM控制下的开关管提供足够的零电压开通(ZVS)电流。这种方式能够保证变换器在宽电压范围内的特性和稳定性。然后采用状态空间轨迹法给出了谐振腔参数优化设计方法以及确定PWM控制下的最小占空比。最终实验证明了分析的正确性以及所述方法的有效性。

基于LLC谐振变换器的电力电子牵引变压器控制策略研究

采用电力电子牵引变压器取代传统工频变压器可实现高速列车牵引变压器小型化、轻量化的目标。针对由级联H桥变换器和LLC谐振变换器组成的电力电子牵引变压器,首先研究级联H桥变换器的电压电流双闭环控制策略,分析LLC谐振变换器功率反向流动的工作原理及变换器增益特性,提出采用变频控制实现功率双向流动的控制方法。为解决系统的功率平衡问题,提出一种基于LLC谐振变换器的功率平衡控制策略。该方法前级级联H桥变换器只进行基本控制,通过对后级LLC谐振变换器进行电压平衡控制,从而实现系统的功率平衡。搭建电力电子牵引变压器仿真模型和实验样机,仿真和实验结果表明所提出的控制策略能够实现功率双向流动,且各功率单元的传输功率保持一致,实现了系统的功率平衡。

变频控制LLC变换器的新型参数设计方法

针对低压直流系统用变频控制LLC谐振变换器,本文提出一种基于矢量分析的新型电路参数设计方法。首先介绍了全桥LLC变换器的基本工作原理和基波等效电路的增益特性,并描述了传统的LLC电路参数设计方法;然后,在频域上进行矢量建模,推导出各谐振参数的限制条件和数学表达式,提出基于矢量分析的电路参数设计方法和步骤,该方法大大简化了传统LLC参数设计过程,并且排除了传统设计方法中设计者对工程经验的依赖;最后,依据上述方法完成一台特定工况下全桥LLC变换器样机的参数设计,并且通过仿真和实验平台验证了该参数设计方法的正确性和有效性。

基于LLC谐振变换器的准单级式悬浮控制电源

悬浮控制电源是一款典型的高压输入、低压输出的多路输出DC-DC变换器。传统的悬浮控制电源存在占空比失控、交叉调解率差以及可靠性差等问题。论文在传统两级结构的基础上,通过引入多绕组输出技术,研究和提出一种多母线电压的准单级式结构,解决了传统变换器在此类应用中存在的问题,同时将高效率的LLC谐振变换器引入此结构,实现了半导体器件的软开关,大大提高磁浮电源的转换效率。详细讨论了电源关键参数的设计,实验室研制了一台210W,220~380V输入,4路输出的原理样机。实验测试结果证明该结构的优越性。

基于移相补偿的全桥LLC谐振变换器交错并联技术

LLC谐振变换器具有高频化、高效率和高功率密度的优点,近年来已被广泛应用。但由于电路本身的特点,输出电流纹波较大,需要多个输出滤波电容并联,这给系统的体积和应用场所带来了一定的限制。为解决这个问题,可采用交错并联技术,但是谐振元件参数存在的偏差,使得LLC谐振变换器并联时输出电流无法均分。为此提出一种适用于全桥LLC谐振变换器交错并联的均流控制方案,输出电压由脉冲频率调制(PFM)控制,因谐振元件参数偏差引起的负载不均流,由移相调制(PSM)补偿,并根据移相角的大小,动态调节两路LLC谐振变换器之间的交错角,进一步减小输出电流的纹波。在理论分析的基础上,设计并制作一台实验样机,实验结果验证了提出方法的可行性和有效性。

采用模块化结构的多相多电平LLC谐振变换器

在电动汽车和轨道交通辅助电源等高压大功率场合，开关管电压电流应力较高，功率器件选择困难。为此，该文提出了一种适用于高压大功率场合的模块化多相多电平LLC 谐振变换器。其中，多电平结构使得原边开关管的电压应力仅为输入电压的1/n，多相结构可有效降低开关管电流定额。采用变频控制策略，在宽电压和宽负载范围内，所有原边开关管均可实现零电压开关，所有副边整流管均可实现零电流开关。以3个模块结构为例，分析了变频控制策略下多相多电平LLC谐振变换器的工作原理，通过基波分析法得到变换器的等效电路模型和输入输出电压增益。分别对开关频率低于谐振频率和高于谐振频率两个工作区域进行参数设计，完成一台540~660 V输入、400 V/5 A输出的原理样机，实验结果验证了理论分析的正确性。

具有宽范围输入和高效率的改进型LLC谐振变换器

与传统变频控制LLC谐振变换器相比,定频移相控制LLC谐振变换器具有磁性元件设计简单的优点。但在输入电压和负载宽范围变化时,定频控制LLC谐振变换器存在环流损耗较大引起效率降低的问题。针对以上问题,本文提出了混合模式定频控制的改进型LLC谐振变换器,能够显著地拓宽变换器的电压增益范围,使LLC变换器能够适应更宽范围的电压输入,同时,提高了变换器的效率,且控制结构简单,易于实现。变换器所有开关管均能实现零电压导通(ZVS),副边整流二极管能实现零电流关断(ZCS),且电路环流损耗较小。结合状态平面轨迹模型,对混合模式定频控制的改进型LLC谐振变换器进行了理论分析,推导了电压增益的表达式以及开关管软开关的实现条件;并通过一台120~400 V输入、300 W/48 V输出的实验样机验证了理论分析的正确性。

跟随型PWM控制LLC变换器的分析与实现

LLC谐振变换器在输出限流时会工作于PWM控制模式,而现有文献缺乏对PWM控制LLC谐振变换器的分析。为此,本文针对LLC变换器,比较了对称和不对称PWM控制策略,提出了一种新型的PWM控制策略—跟随PWM控制。论文分析了其工作原理,讨论了占空比大小对变换器软开关特性的影响,给出了控制策略的实现方法。最后针对350V～400V输入、48V/480W输出的供电电源,进行了主要参数设计,完成了样机的制作与实验。实验结果与理论分析一致,初步论证了该新型PWM控制策略应用于LLC谐振变换器的可行性。

基于负载匹配的三相交错并联LLC谐振变换器变模式控制策略

针对三相交错并联LLC谐振变换器的负载工况,提出一种基于负载匹配的变模式控制策略。当工作在额定负载时,采用脉冲频率调制(PFM)控制方法使其发挥最大效率;当工作在轻载时,设计对称脉宽调制(PWM)控制策略,利用电压增益曲线中负载独立点的特性设计开关频率,既实现了软开关,也限制了开关频率的增大。深入研究对称PWM控制下的工作原理与增益特性,进一步对变换器的线性控制区和非线性控制区展开分析。当工作在极轻载与空载状态时,采用Burst控制方法实现对输出电压的有效控制。此外,对不同控制策略之间切换点的选择进行了详细分析与优化设计,准确可靠地实现了变模式控制。最后,基于碳化硅器件研制变换器实验样机,验证对变换器进行性能分析和变模式控制策略的正确性与合理性。