Interleaved-Connected Split Planar Resonant Inductor Design in 1 kV SiC LLC Converters

Design method of split planar resonant inductor in 1 kV SiC logical link control(LLC)converter is proposed,which ensures the converter power density of 93.59 W/in^3 and peak efficiency of 95.73%.Split resonant inductor helps to provide symmetrical resonant current by symmetrical impedance,and improves the distortion of resonant current,which ensures the efficiency of the whole converter.An interleaved winding connecting scheme improves the power density of the planar magnets,which contributes to power density improvement.Design method and calculation process of such split planar resonant inductor are provided.To verify the feasibility of the proposed design method,a 1 kV/48 V 6.6 kW,210 k Hz SiC LLC prototype was built,and the experimental results are given.

基于相间有源阻抗平衡单元的多相交错并联LLC谐振变换器均流策略研究

文中提出一种基于相间有源阻抗平衡单元的新型多相交错并联LLC谐振变换器均流拓扑。通过在相间构建有源阻抗平衡单元匹配相邻相的阻抗网络,从而平衡相邻相谐振元件因参数容差造成的输出电流不均衡。得益于相间有源阻抗平衡单元仅在相邻相之间传递部分能量,其增加的损耗较小。比较几种可能的相间有源阻抗平衡单元结构,并提出一种以开关电感作为有源阻抗平衡单元的均流拓扑。详细分析所述方案的均流机理和设计过程,并对其控制策略和多相拓展进行探讨。最后,通过搭建一台12 V/40 A的两相交错并联LLC谐振变换器样机,验证所述均流方案的可行性。

一种Boost型宽电压范围输入LLC谐振变换器

传统的桥式LLC谐振变换器不适合宽电压范围输入,且其输入电流断续。为此提出了一种新型的Boost型LLC谐振变换器。通过集成两个交错并联的Boost电感,不仅可以拓宽LLC变换器的增益范围,而且可以显著减小输入电流的纹波,因此该变换器适合用在光伏、燃料电池等可再生能源发电系统中。与传统的脉冲频率调制控制相比,该变换器采用定频脉冲宽度调制控制,励磁电感和Boost电感对变换器的增益特性影响很小,可以简化谐振参数的设计,同时定频控制也有利于磁性元器件和滤波电路的设计。首先介绍了该变换器的工作原理;然后通过时域分析,对该变换器的增益特性进行了深入研究;之后对变换器的ZVS软开关条件进行了详细的分析;最后建立了一台120~240 V输入、24 V/25 A输出的实验样机,实验结果验证了变换器的实用性及理论分析的正确性。

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。

基于整流侧辅助调控的交错并联LLC谐振变换器

交错并联技术是提高电源模块输出能力的有效手段,谐振腔参数的微小差异会导致交错并联LLC谐振变换器严重的不均流问题。该文通过在LLC谐振变换器的高频整流电路中引入有源开关、构建混合型整流器,利用整流侧的辅助控制,主动对输出电流较小模块的电压增益进行补偿,从而实现了相同开关频率交错并联运行的LLC谐振变换器的均流调节。文中详细分析混合整流LLC谐振变换器的工作原理和特性,并根据具体应用场景给出均流电路的不同实现方式。最后,通过实验结果证明了所提出的均流控制方法的可行性和有效性。

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。

LLC谐振变换器交错并联技术研究

LLC串联谐振变换器(LLC-Series Resonant Converter)因具有高效率、低EMI、便于磁集成等特有的优点而被广泛应用在现代电力电子设备中,但其本身固有的副边电流纹波系数大的缺点使得LLC-SRC难以被应用于低压大功率的场合。然而,两相或多相LLC-SRC交错并联技术能有效减小输出电流的纹波,提高电源的功率等级,但是并联又带来了负载不均流的问题。采用一种简单的并联结构,解决了两相LLC交错并联中负载不均流问题,300 W实验样机验证了理论分析的正确性和方案的可行性。

一种交错级联多模式变频宽输出LLC变换器

新能源领域要求开关变换器具有宽增益范围、高效率和高功率密度的特点。论文针对新能源电动汽车充电系统,提出了一种基于交错级联结构的多模式变频宽输出LLC变换器。该变换器原边为双半桥交错结构,副边整流器为上下级联结构,通过控制原边交错模式和副边开关管的导通与截止,具有4种不同的电路模式,其增益比为0.5∶1∶1.5∶2。电路模式切换结合变频控制,可以在较窄频带内实现宽范围的输出电压。所提出的LLC变换器分别实现了原边开关管的ZVS开通和副边二极管的ZCS关断,具有良好的软开关性能。制作了1.1 kW的实验样机,输入电压400 V,输出电压100~420 V,峰值效率大于95%。理论分析和实验结果均表明,基于交错级联结构的多模式变频宽输出LLC变换器性能良好,具有较好的应用价值。

一种基于模块间移相的三相半桥LLC变换器均流控制策略

在多个LLC模块并联的系统中,各个模块之间常因参数的偏差存在电流均衡的问题。该文针对三相半桥型LLC变换器提出了一种电流均衡控制策略。所提策略基于交错并联控制下模块间移相的调制方式和三相半桥结构公共点(中点)悬浮的硬件结构,通过调节悬浮中点电压的幅值和相位以实现三相电流的均衡。首先分析了模块间移相调制方式对中点电压的影响;其次给出能够实现三相电流平衡的控制策略,主要分析了加入平衡控制环路后控制结果如何转化为实际的驱动信号移相角。实验验证了所提出方法的正确性与有效性。

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%。

基于移相控制的三相交错并联LLC谐振变换器均流控制策略

为了适应大功率应用场合,多相LLC谐振变换器的交错并联结构得到了广泛关注和研究。由于并联各相LLC谐振变换器谐振参数(励磁电感L_(m)、谐振电容C_(r)和谐振电感L_(r))的差异,各相的电压增益互不相同,进而导致各相电流不平衡。为了解决这一问题,基于原副边星形连接的三相交错并联LLC谐振变换器电路拓扑,详细分析了各谐振参数对并联LLC谐振回路均流的影响程度;提出了一种基于移相控制的均流控制策略,运用余弦定理求出谐振电流相位的关系,转化为开关管的相位驱动信号,在不增加任何附加电路的情况下,实现并联各相LLC谐振回路的自动均流,提高了系统整体运行的可靠性。最后通过仿真和实验分析了所提控制方法的有效性和准确性。

交错并联LLC谐振变换器的磁集成均流特性

为了扩充容量,LLC谐振变换器多采用两相或多相交错并联结构,然而,由于交错并联LLC谐振变换器中各并联相的谐振元件参数(主要包括谐振电感和谐振电容)不可避免地存在偏差,使得各相LLC谐振变换器之间的电压增益不相等,导致各相电流不均衡。针对这一问题,该文提出一种180°交错并联LLC谐振变换器的磁集成均流方案,通过对各个并联相谐振电感进行磁集成,在不增加额外电路和不改变控制策略的情况下,实现各相LLC电路一次电流和负载电流的自动均衡,不但保持了LLC谐振变换器所固有的软开关特性,而且还提高了效率,并将谐振电感的数量由两个减少为一个。搭建了输出功率为1kW的两相交错并联磁集成LLC谐振变换器实验样机,验证了磁集成均流方案的有效性。

一种三相交错并联双向传输CLLLC谐振变换器

针对电动汽车OBC(On Board Charger)在进行充放电时,需要DC/DC变换器同时具备大容量和双向功率传输的性能,提出了一种能够双向功率传输的三相Y-Δ型交错并联结构的CLLLC型DC/DC谐振变换器。它兼顾了多相交错并联结构的大容量特性和CLLLC结构的双向功率传输能力。该结构高压侧为Y型交错并联,低压侧为Δ型交错并联,实现较小的变压器原、副边匝比,同时使各相间自动均流。对CLLLC结构在高、低压侧谐振腔不完全对称情况的增益特性进行了分析,给出了该拓扑的参数设计方法。选取了一组参数,其可以通过变频控制在高压侧得到最高两倍的电压增益。最后通过一台频率200 kHz功率1.5 kW的实验样机进行验证,证明该型拓扑结构和其参数设计方法的可行性。

基于全耦合电感器的交错并联LLC谐振变换器均流特性研究

在大功率的应用场合中,为了减小LLC谐振变换器的电流应力和损耗,常将多相LLC谐振变换器并联运行,由于LLC谐振变换器的增益对元器件参数非常敏感,因此并联运行时,各相间由于器件参数不一致引起的均流问题较为突出。针对以上问题,提出一种自动均流方法,通过在多相LLC谐振变换器的各个谐振槽中串联全耦合电感器,实现变换器相与相间的自动均流。建立了基于耦合电感器的谐振回路交流等效电路模型,分析了耦合电感器的耦合度对变换器电压增益的影响,分析了耦合电感器的电感量与均流效果之间的关系,给出了耦合电感器的设计方法。最后搭建了一台输入48 V、输出400 V/1000 W的实验样机,从仿真和实验两方面验证了理论推导的正确性和所提出均流方法的有效性。

多路LLC谐振变换器交错并联均流控制

LLC谐振变换器多路交错并联具有良好的应用前景,然而谐振元件的参数偏差会导致各路LLC谐振变换器电流不均衡的问题。为了解决这一问题,通过将二次侧的同步整流替换为可控整流方式,利用各路输出电流作为控制信号对二次侧进行脉宽调制控制,提供附加的电压增益,形成均流控制环路,保证各路的电压增益相同,从而实现多路LLC谐振变换器在相同开关频率下运行的均流调节。介绍了该控制的原理及实现方法。基于电磁暂态过程进行仿真,得出不同负载率下的电流不平衡度;同时搭建100 W的实验样机,在电流不平衡度最大的工况下,验证了该均流控制方法的可行性和有效性。

交错并联LLC谐振变换器均流技术

针对交错并联LLC谐振变换器器件参数不一致引起的相间电流不均衡问题,提出一种在变换器二次侧串接耦合电感的均流方法。通过在变换器二次侧串联耦合系数为-的全耦合电感,使变换器两路输出电流进行反向耦合,在实现两相间均流的同时,又避免了耦合电感的漏感对变换器一次侧谐振产生影响。分析了耦合电感实现均流的工作原理,建立了基于串联耦合电感的谐振变换器交流等效电路模型,对改进后的变换器的均流效果进行了分析,并通过仿真和实验对所提方法进行了验证。研究结果表明:耦合电感对变换器电压增益的影响随耦合系数绝对值的增大而减小,耦合电感量越大变换器的均流效果越好。

基于补偿电容的交错并联LLC变换器均流特性

为解决交错并联LLC谐振变换器应用中由于谐振参数间存在差异产生的相间电流不均衡问题,提出一种带有补偿电容的两相交错并联LLC谐振变换器均流方案.研究结果表明:依靠补偿电容可实现两相LLC变换器谐振的自动均流,节约了成本,即使在谐振参数偏差较大时仍具有良好的均流效果.搭建了输出功率为1kW的带补偿电容的两相交错并联LLC谐振变换器实验样机,验证此方法的可行性.研究结论为交错并联LLC变换器的均流特性分析及应用提供参考.

交错并联磁集成双向LLC谐振变换器的高轻载效率控制方法

应用交错并联技术,可以有效扩充LLC谐振变换器的容量,但增多的通道数会造成变换器轻载效率低的问题。针对这一问题,以交错并联磁集成双向LLC谐振变换器为研究对象,在采用谐振电感反向耦合实现两相变换器自动均流的基础上,分析了变换器的工作原理和工作特性,提出了一种移相控制+变频控制+相屏蔽控制的控制策略,并给出了具体的实现方法。最后,制作了输出功率1000 W、48 V/400 V的实验样机。通过对比实验,验证了所提方案的有效性。

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。

一种适合低压大电流输出的多路交错LLC谐振变换电路

在低压大电流直流输出电源中,单一LLC谐振变换器存在输出端电流脉动大、需要的滤波电容数量庞大及可靠性低等问题。因此,提出一种采用多路交错并联LLC电路输出低压大电流的电路拓扑,具有输出电流脉动小、高效率、高功率密度、低成本及高可靠性等优势,同时对电路进行了仿真研究。