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.

限制调频范围的不对称多模式宽输出LLC变换器

频率控制的传统LLC谐振变换器往往受限于开关频率的有效调节范围,难以实现宽输出电压范围,为此,研究了一种限制调频范围的不对称多模式宽输出LLC谐振变换器。采用双谐振腔且对应两变压器变比不同的不对称结构,能够根据原边开关组合的不同,使得双谐振腔分别工作在单半桥、双半桥和半桥+全桥3种不同的模式,从而获得3种不同的电压增益,并且保证每种模式之间归一化增益调节范围不超过1.5,可以在窄开关频率范围内实现宽输出电压范围。建立300 W的实验样机,验证了所提变换器可实现1~3倍的宽输出电压范围,并且实现了原边开关管的零电压开通和副边二极管的零电流关断,具有良好的软开关性能,验证了变换器的可行性。

基于LLC谐振变换器的双向DC-DC光伏储能回路设计

针对光储逆变器的储能回路效率较低,控制较为复杂等问题,该文设计了一款基于双向全桥LLC谐振变换器的双向储能电路。对双向全桥LLC谐振变换器的正向导通特性和反向导通特性进行介绍和分析,基于采用基波分析法得到的LLC谐振变换器等效电路,推导出变换器实现软开关的条件。通过推导得到的条件对LLC谐振变换器进行硬件参数设计,并成功搭建一台样机进行实验验证,实验结果表明,变换器可以在全负载领域实验软开关,并具有较高的效率,验证了理论分析的正确性。

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。

一种超宽电压增益双LLC谐振变换器及控制方法

为解决传统LLC谐振变换器在宽电压增益应用中所需开关频率范围过宽、总体效率较低等问题,文中提出一种多模式双LLC谐振变换器。该变换器基于半桥、全桥切换以及桥式、倍压整流切换的拓扑重构思路,以增益不同的4种模式实现较窄频率范围内的超宽输出电压,提高变换器效率的同时通过复用开关器件来降低成本。为了实现模式间的平滑过渡,针对所提变换器设计一种脉冲宽度频率调制控制方法,并根据模式切换特性进一步优化,提高模式切换速度。基于SiC开关器件,设计并搭建一台60~450 V输出电压、最大功率为900 W的实验样机,以验证所提拓扑及控制方法的可行性。

一种半桥LLC高压电源设计与实现

设计一种基于半桥LLC谐振变换器的高压电源,其基本结构包括逆变电路、谐振电路、倍压整流电路和反馈控制电路,可用于微波功率模块集成电源。为实现高压电源的高效率,详细分析了半桥LLC谐振电路中场效应管零电压开启的实现条件,并给出了实现该条件所需电路关键参数的计算方法。通过计算机仿真辅助优化电路参数,降低了场效应管和变压器的损耗。最后,研制了一台高压电源原理样机,其输出电压为-3000 V,满载输出功率为300 W,在245~300 V输入电压范围内效率大于96%,峰值效率为97.5%。

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。

一种具有高容错能力的改进型LLC拓扑及其控制策略

LLC谐振变换器因其功率密度高、效率高和体积小等优点被广泛应用于车载电源中,其可靠的运行能力对行驶安全和乘用体验十分关键。然而,车辆运行的复杂工况和严苛环境对功率器件的冲击巨大,一旦出现开关管故障则谐振变换器无法在保证输出电压不变的同时运行在谐振点附近,系统的效率和输出能力均大幅下降。为使变换器具有故障容错能力,提出一种改进型LLC拓扑及相应控制策略,可在开关发生故障后保证输出电压不受影响且变换器工作在谐振频率附近。此外,针对容错瞬态过程中谐振电容电压尖峰较大的问题,设计一种优化的Burst控制策略对其进行抑制,保证容错过程的平滑,仿真实验结果验证了所提方法的有效性。

大功率LLC变换器的谐振参数优化设计

LLC变换器具有实现原边零电压开通和副边零电流关断的软开关特性,其功率密度高,在车载电源、LED等领域被广泛应用。但LLC谐振变换器由于工作的复杂性,导致谐振参数缺乏一种有效且明确的设计方法。论文基于基波近似法(first harmonic approximation,FHA)对传统的增益公式进一步化简,提出了一种简单明确的谐振参数设计方法。为了验证此方法设计的参数最优性,制作了一台7.5 kW的实验样机。输出电压范围为100 V~375 V,而且可在200 V~375 V的电压范围内实现7.5 kW的恒功率输出,整机平均效率达到95%以上,峰值效率可达到96.7%。实验结果表明,提出的参数设计方法可最大化地提高变换器效率。

基于国产嵌入式芯片的全数字控制轨道交通高压直流LLC电源研究

[目的]采用高效率LLC(电感、变压器、电容)拓扑结构的高压直流电源在轨道交通领域应用广泛。但由于LLC电路的变频控制特性,难以实现全数字化,且国产化研究滞后,故有必要开展相关研究。[方法]基于上海先楫半导体科技有限公司(以下简称“先楫”)HPM6300系列的全数字控制LLC高压电源电路,采用一次谐波近似法分析并建立电路模型;分析了电路系统程序的控制流程;通过搭建功率为1.5 kW的原理样机,进行试验验证。[结果及结论]证实了采用国产先楫嵌入式控制芯片HPM6300 MCU(微控制单元)来搭建LLC试验样机,并通过PFM(脉冲频率调制)+PWM(脉冲宽度调制)混合控制能够实现宽范围输入,能快速稳定电压输出,后续可采用不同的控制方式,在结构上进行改变,以实现宽范围输入。

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.

采用定频移相控制的宽输出范围多电平LLC谐振变换器

针对电动汽车车载充电器的后级DC-DC环节,提出一种具备宽输出范围的多电平LLC谐振变换器。该变换器通过增加一组半桥和辅助变压器,构造出高于输入电压的多电平结构,结合定频移相脉宽调制控制,实现两倍电压增益拓展。该方案避免了变频控制下增益范围对谐振参数的制约,简化了参数设计过程。工作于串联谐振点使变换器在整个充电工作过程中均可实现功率管的零电压开关和整流管的零电流开关,有利于系统效率的提升。搭建一台输入380V、功率3.3kW的实验样机,验证所提拓扑与控制方案的可行性。经测试,变换器能为动力电池提供250~420V的充电电压,其峰值效率达到了97.1%。

基于混合控制模式的宽范围LLC谐振变换器设计

为了提升LLC谐振变换器的输入电压范围,提出了一种混合控制的方式来提升LLC谐振变换器电路的增益。将整个控制分为3个模式,分别为全桥模式、半桥模式以及混合模式。在混合模式下,通过PI运算得出半桥LLC谐振变换器和全桥LLC谐振变换器分配的权重,控制信号由数字信号处理器DSP28335发出,让整个电路在控制周期的一定时间内工作在全桥LLC谐振变换器模式,其余时间工作在半桥LLC谐振变换器模式。前期通过分析和仿真,能够确定控制方式的最佳控制方案,最后通过一个输入50~150 V直流、输出12 V/5 A的实验样机,验证了所提控制方式的正确性和合理性。

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。

基于宽范围增益和效率的LLC谐振变换器设计方法

针对LLC谐振变换器采用脉宽频率调制(PFM)和定频移相调制(FF-PSM)混合调制策略的高效应用问题,提出一种基于最大电压增益和效率优化的LLC谐振腔完整设计方法。首先,基于混合调制策略工作在fn≤1的特性,分析其峰值电压增益与归一化参数k、Q关系,同时在设定条件下实现全范围软开关来构造k、Q约束方程。其次,基于k、Q对归一化关断电流和导通电流的影响,推导关于k、Q的传输效率函数来得到约束方程,并通过建立损耗模型分析了谐振频率的选取和效率之间的关系。然后,通过仿真将满足要求的候选参数以固定步长比较来得到优化后的谐振腔参数。最终,建立600 W实验样机验证电压增益特性和效率相较于传统方法更高。

变频控制LLC谐振恒流变换器研究

为探索LED(Light Emitting Diode)驱动的方法,以期提高LED输出亮度的稳定性,针对其控制恒流输出的问题提出了变频控制的LLC谐振变换器。设计的LLC半桥型谐振变换器具有开关工作频率高、掉电保持、允许输入电压范围宽、效率高、重量轻、体积小、 Electromagnetic Interference噪声小和开关应力小等优点,所以其是LED恒流输出很好的拓扑选择。采用变频控制方法,结合Power Simulation软件进行了仿真分析,仿真结果表明,变频控制的LLC谐振变换器具有良好的稳态性能和瞬态性能,对工程应用具有实际意义。

双电感集成LLC谐振变换器原理与设计

针对传统LLC谐振变换器输出电压增益低、开关频率远离谐振频率时效率下降的问题,提出一种双电感集成LLC谐振变换器。它将两个结构相同、谐振电感值不同的谐振单元进行结合,并将其集成在一个磁性元件上,采用辅助开关管控制辅助电感的工作状态实现电路模式的转换。将不同工作方式中影响增益的重要参数分别进行了可视化分析,选取两种模式增益曲线相交处作为模式最佳切换点,并搭建电路模型和集成电感3D模型进行仿真,验证理论的正确性。最后,进行合理的参数设计,搭建实验样机,验证了所提变换器的工作状态、软开关特性和增益特性等关键性能指标。与传统LLC谐振变换器相比,所提拓扑能在相同的频率范围内实现更高的增益,电感体积较集成前减小30%,变换器效率最大可达93.4%。

基于光伏储能的LLC谐振变换器实验平台

光伏发电作为一种清洁能源,应用越来越广泛,但光伏电源发出的电能受到温度和光照强度的影响波动较大,需要与储能系统、DC/DC变换器配合使用以稳定输出、满足负载需求。采用全桥LLC谐振变换器对光伏单元输出电压进行调制,通过各单元的设计和相应控制策略的实施,基于dSPACE仿真实验环境,应用MATLAB搭建了基于光伏-储能系统的LLC变换器仿真系统,开发LLC谐振变换器构建实验系统,利用平台系统的仿真实验优势,提高学生结合实际工程问题进行仿真与实验研究分析的能力。

宽增益高效率LLC谐振变换器拓扑

针对LLC谐振变换器增益负载敏感性强、与效率存在强耦合的不足,提出了一种由LLC谐振变换器和两开关buck-boost构成的宽增益高效率LLC谐振变换器拓扑。通过采用输入并联与输出串联的方式,分别由LLC谐振变换器传输功率、buck-boost调节输出电压。其中,LLC谐振变换器运行于谐振频率,buck-boost采用PWM调节输出电压。分析了变换器的运行模式,给出了相应的参数设计方法,并进行了仿真验证。最后,对输入30 V、输出200~360 V、360 W样机进行了实验,实验样机增益范围和效率分别为6.67~12、97.4%。仿真与样机实验验证了所提出的宽增益高效率LLC变换器拓扑及其调制方法的有效性。