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输入电压波动下变模态宽增益谐振变换器研究

电机与控制学报 2024年第5期28卷 130-141页

作者：冯兴田李紫岩周广睿王玉彬中国石油大学(华东)新能源学院山东青岛266580

针对传统LLC谐振变换器在宽输入下开关损耗过大、增益范围较窄、难以保持输出稳定的问题,研究一种变模态宽增益谐振变换器。该变换器及其控制策略能够依据输入电压的大小,在全桥和半桥两种模态之间自由切换,有效拓宽电压增益范围。通过... 详细信息

针对传统LLC谐振变换器在宽输入下开关损耗过大、增益范围较窄、难以保持输出稳定的问题,研究一种变模态宽增益谐振变换器。该变换器及其控制策略能够依据输入电压的大小,在全桥和半桥两种模态之间自由切换,有效拓宽电压增益范围。通过对变换器谐振腔结构的优化,进一步拓宽增益,减小能量循环、降低开关管损耗,同时能够在电流传输中引入三次谐波,降低损耗。利用基波近似法对电压增益进行推导,绘制增益曲线图,分析谐振参数对电压增益的影响,根据需求设计合适的参数,并运用变频控制,通过调节输入电压,使得变换器运行在不同模态,实现电压平稳输出。搭建一台55~220 V输入、30 V输出的300 W实验样机,实验结果证明了所提变换器控制策略的有效性。

关键词：模态切换三次谐波宽增益宽输入基波近似法开关损耗

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全桥LLC电路时域模型及其分析

电力系统自动化 2018年第20期42卷 138-143,164页

作者：王志刚董长城侯凯高鹏飞南瑞集团(国网电力科学研究院)有限公司江苏省南京市211106 国电南瑞科技股份有限公司江苏省南京市211106 河海大学能源与电气学院江苏省南京市211100

传统LLC电路分析基于频域分析方法,采用只考虑基波分量的基波近似法(FHA)进行等效。传统分析方法忽略了高次谐波对功率转换的影响,是对谐振变换的一种近似,而不是准确模型。根据全桥LLC电路实际电压、电流波形,首先给出了LLC谐振变换器... 详细信息

传统LLC电路分析基于频域分析方法,采用只考虑基波分量的基波近似法(FHA)进行等效。传统分析方法忽略了高次谐波对功率转换的影响,是对谐振变换的一种近似,而不是准确模型。根据全桥LLC电路实际电压、电流波形,首先给出了LLC谐振变换器全时域的分析方法及步骤,列出了非线性时域方程组。然后基于时域方程绘制了包含全部信息的增益曲线,分析LLC电路整个工作频段的增益,并与FHA进行了比较。最后,在20kW电动汽车充电模块电路上对所述时域模型和增益分析进行了实验验证。

关键词：谐振电路时域分析增益曲线基波近似法

基于开关导通角的全桥LCC谐振变换器分析与参数设计

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武汉大学学报（工学版） 2022年第10期55卷 1050-1056页

作者：刘茂武秦亮翟少磊段怡李登云魏龄武汉大学电气与自动化学院湖北武汉430072 云南电网有限责任公司电力科学研究院云南昆明650217 云南云电同方科技有限公司云南昆明650217 中国电力科学研究院湖北武汉430074

分析了高压直流电源的LCC谐振变换器软开关工作过程,采用基波近似法建立了高压直流电源主电路的等效模型。在此基础上,分析了并联谐振电容以及开关管导通角对变换器性能的影响,提出了基于开关管导通角的谐振变换器参数设计方法。仿真结... 详细信息

分析了高压直流电源的LCC谐振变换器软开关工作过程,采用基波近似法建立了高压直流电源主电路的等效模型。在此基础上,分析了并联谐振电容以及开关管导通角对变换器性能的影响,提出了基于开关管导通角的谐振变换器参数设计方法。仿真结果表明:在各种负载范围内,所设计的LCC谐振变换器均可以实现零电压软(zero voltage soft, ZVS)开关,满足设计指标,验证了本设计方法的正确性。

关键词： LCC谐振变换器开关导通角基波近似法软开关参数设计

原边绕组分组连接的IPOP型LLC谐振变换器均流方式

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电力系统及其自动化学报 2022年第3期34卷 67-73页

作者：李洪珠潘超辽宁工程技术大学电气与控制工程学院葫芦岛125105

输入并联输出并联IPOP(input parallel output parallel)型LLC谐振变换器由于谐振元件的参数偏差,导致各相所分配到的等效负载不均匀,进而造成不均流现象。对此提出一种将变压器的原边绕组分组连接的方式,实现了各相负载电流的平均分配... 详细信息

输入并联输出并联IPOP(input parallel output parallel)型LLC谐振变换器由于谐振元件的参数偏差,导致各相所分配到的等效负载不均匀,进而造成不均流现象。对此提出一种将变压器的原边绕组分组连接的方式,实现了各相负载电流的平均分配。采用基波近似法对该方式的均流原理进行分析,给出谐振参数的偏差与负载电流不平衡度之间的关系。采用四组数据进行仿真计算对比,在谐振电感和谐振电容偏差10%的情况下,传统两相并联LLC谐振变换器不均流度高达99.1%,而新结构实现了负载电流平衡。搭建了输出功率为960 W的两相并联LLC谐振变换器实验样机,验证了原边绕组分组连接方式的有效性。

关键词：输入并联输出并联 LLC谐振变换器参数偏差基波近似法均流原理分组连接

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感应电能传输系统输出电压调压电路研究

电工技术学报 2015年第S1期30卷 226-230页

作者：孙跃陈宇唐春森王智慧戴欣重庆大学自动化学院重庆400030 输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室重庆400030

感应电能传输(Inductive Power Transfer,IPT)系统的输出电压受原边电流、线圈间距、谐振参数、负载等影响。为了让系统输出稳定的电压,提出一种应用于IPT系统副边的调压电路,利用IPT系统不同副边拓扑输出特性的不同,结合并联型与串联... 详细信息

感应电能传输(Inductive Power Transfer,IPT)系统的输出电压受原边电流、线圈间距、谐振参数、负载等影响。为了让系统输出稳定的电压,提出一种应用于IPT系统副边的调压电路,利用IPT系统不同副边拓扑输出特性的不同,结合并联型与串联型拓扑的特点,在交流侧实现输出电压的调节。首先通过基波近似法求得系统等效阻抗与占空比的表达式,在此基础上求得输出电压与占空比之间的关系。然后对电路进行了简化,分析了无需使用双向开关的简化电路的输出特点。最后通过仿真验证了电路的有效性。

关键词：感应电能传输副边拓扑调压电路基波近似法

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输入电压波动下宽增益谐振变换器优化设计

实验技术与管理 2023年第4期40卷 150-155页

作者：冯兴田李紫岩周广睿中国石油大学(华东)新能源学院山东青岛266580

该文设计了一种全桥-半桥模态切换的宽增益谐振变换器:首先,通过优化谐振腔结构,在电流传输中引入三次谐波,减小能量循环及开关管损耗;然后,根据输入电压控制变换器在两种不同模态切换,拓宽增益范围,使得变换器具有更灵活的调压特性;最... 详细信息

该文设计了一种全桥-半桥模态切换的宽增益谐振变换器:首先,通过优化谐振腔结构,在电流传输中引入三次谐波,减小能量循环及开关管损耗;然后,根据输入电压控制变换器在两种不同模态切换,拓宽增益范围,使得变换器具有更灵活的调压特性;最后,利用基波近似法推导电压增益并绘制增益曲线仿真图,分析谐振参数对电压增益的影响并设计合适的参数,运用变频控制优化输出波形,实现变换器在不同模态下的电压平稳输出。通过搭建实验样机展开实验分析,结果显示不同模态下变换器均能实现软开关,增益拓宽且输出效率明显提升。

关键词：模态切换三次谐波宽增益基波近似法

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LLC谐振变换器典型分析方法对比

电力科学与技术学报 2020年第4期35卷 128-132页

作者：颜湘武刘新新孙磊吕正华北电力大学河北省分布式储能与微网重点实验室河北保定071003 河北农业大学机电工程学院河北保定071001

LLC谐振变换器可以在高频运行的同时实现软开关,对于提高开关电源的功率密度和效率意义重大。基波近似法和运行模态分析法是现阶段研究LLC谐振变换器的2种经典方法,但目前缺乏针对二者在电压增益精确性、效率、应用场合等方面的研究。... 详细信息

LLC谐振变换器可以在高频运行的同时实现软开关,对于提高开关电源的功率密度和效率意义重大。基波近似法和运行模态分析法是现阶段研究LLC谐振变换器的2种经典方法,但目前缺乏针对二者在电压增益精确性、效率、应用场合等方面的研究。该文首先分析这2种方法的原理;然后,在PSIM环境下对LLC谐振变换器工作模态进行仿真分析;基于LLC运行模态,在仿真电路中对比2种方法下的电压增益精确性;最后,基于峰值电压增益选择谐振参数,搭建1.5 kW/28 V输出等级的实验样机。实验结果表明,在下谐振区,基波近似法的电压增益比实际低10%~15%,而运行模态分析法迭代出的电压增益在全频率范围内与实际增益具有高度一致性,且基于运行模态分析法得到的谐振参数应用于样机时具有更高的效率。

关键词： LLC谐振变换器基波近似法模态分析电压增益精确性

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全桥LLC谐振变换器的轻载时域模型

电力电子技术 2019年第12期53卷 4-8页

作者：殷起明王志刚周玲侯凯河海大学能源与电气学院江苏南京211100 南瑞集团(国网电力科学研究院)有限公司江苏南京211106 国电南瑞科技股份有限公司江苏南京211106 智能电网保护和运行控制国家重点实验室江苏南京211106

在此以全桥LLC谐振变换器作为研究对象,根据变换器的实际电压、电流波形,在对其工作模式进行深入分析的基础上,根据各个模式的状态方程及模式间的边界条件,通过时域分析建立了其在轻载情况下的时域模型。基于该模型,推导得到了对LLC谐... 详细信息

在此以全桥LLC谐振变换器作为研究对象,根据变换器的实际电压、电流波形,在对其工作模式进行深入分析的基础上,根据各个模式的状态方程及模式间的边界条件,通过时域分析建立了其在轻载情况下的时域模型。基于该模型,推导得到了对LLC谐振变换器设计有重要意义的增益曲线和效率曲线。分析LLC电路在轻载情况下整个工作频段的增益,并与基波近似法(FHA)进行了比较。最后,在20kW电动汽车充电模块电路上对所述时域模型和增益分析进行了实验验证。

关键词：谐振变换器时域模型基波近似法

锂电池充电器后级LLC谐振变换器关键技术研究

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锂电池充电器后级LLC谐振变换器关键技术研究

作者：殷梓耀南京信息工程大学

学位级别：硕士

本文针对锂电池充电器后级LLC（电感-电感-电容）谐振变换器的设计问题,依据基波等效法和扩展描述函数法原理,采用理论分析与时域仿真结合的方法,优化了谐振腔及控制环路参数,提高了充电器工作性能。主要工作总结如下:（1）针对半桥LLC... 详细信息

本文针对锂电池充电器后级LLC（电感-电感-电容）谐振变换器的设计问题,依据基波等效法和扩展描述函数法原理,采用理论分析与时域仿真结合的方法,优化了谐振腔及控制环路参数,提高了充电器工作性能。主要工作总结如下:（1）针对半桥LLC谐振变换器在锂电池充电器应用中的参数设计优化问题,采用基波近似（First Harmonic Approximation,以下简称FHA）法,建立了LLC谐振变换器的基波等效模型,使用Mathcad绘制了LLC谐振变换器的直流增益曲线,并结合Simulink仿真,得到了变换器关键节点和元器件的工作波形,详细分析了变换器的工作原理及重点频段的工作过程。总结并分析了两套谐振腔参数设计方法,在仿真软件Saber下搭建了半桥LLC谐振变换器模型,并对两套方法进行了比较与分析,认为方法二可在更宽输出范围下实现变换器的软开关,则将其作为本文的谐振腔设计方案。（2）针对半桥LLC谐振变换器环路设计问题,采用扩展描述函数（Extended Describing Function,以下简称EDF）法,建立了半桥LLC谐振变换器的小信号模型,利用Matlab绘制其控制到输出的传递函数Bode图,以自动控制理论PI环路设计方法及稳定系统判定准则为指导,以变换器动态性能为优化目标,建立了环路中补偿器、光耦、控制芯片L6599的小信号模型,并分析了它们对于系统稳定性的影响。利用Saber仿真软件中的时域同步算法（Time-Domain Synchronization Algorithm,以下简称TDSA）模块,分析了设计半桥LLC谐振变换器控制环路的关键问题,确定了变换器环路参数。（3）在上述研究成果的基础上,搭建了168W锂电池充电器样机,并通过实验验证了前述章节的相关理论以及参数设计方法的合理性。总之,本文依据LLC谐振变换器基本原理以及相关控制理论,优化了LLC谐振变换器在中小功率锂电池充电器应用中的参数,提高了充电器的工作效率等性能,并通过实验对相关理论与设计方法进行验证,对基于LLC谐振变换器的锂电池充电器设计具有一定参考意义。

关键词：锂电池充电器 LLC谐振变换器基波近似法扩展描述函数法