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星载1MHz GaN llc变换器低反向导通损耗控制

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电工技术学报 2022年第24期37卷 6183-6190页

作者：杨勇宋大威顾占彪徐森锋张之梁南京航空航天大学航空电源重点实验室南京210016 中国电子科技集团公司第十三研究所石家庄050051

氮化镓(GaN)器件反向导通压降一般超过1.8V,400W 1MHz llc变换器一次侧GaN器件反向导通损耗超过单管总损耗15%。该文提出一种应用于1MHz星载GaNllc变换器一次侧开关管的低反向导通损耗控制,根据GaN器件结电容放电时间调整死区,在保证实... 详细信息

氮化镓(GaN)器件反向导通压降一般超过1.8V,400W 1MHz llc变换器一次侧GaN器件反向导通损耗超过单管总损耗15%。该文提出一种应用于1MHz星载GaNllc变换器一次侧开关管的低反向导通损耗控制,根据GaN器件结电容放电时间调整死区,在保证实现零电压软开关(ZVS)的前提下缩短GaN器件反向导通时间以降低反向导通损耗。所提控制基于数学模型,对GaN器件等效输出结电容与llc死区内谐振电流进行推导,计算llc一次侧GaN器件结电容放电时间作为不同工况下死区调节依据。使用抗辐照GaN器件搭建400W 1MHz llc变换器原理样机,验证所提死区控制。与固定死区(100ns)策略相比,一次侧GaN器件的单管损耗在10%负载与满载下分别降低32%与16%,整机效率分别提高1%和0.2%。

关键词： GaN 卫星应用反向导通损耗 llc变换器死区

原边串联型llc变换器拓扑及其频率自适应追踪方法

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高电压技术 2023年第12期49卷 5114-5125页

作者：刘宝泉韩猛王伟陕西科技大学电气与控制工程学院西安710021

为了拓宽传统llc变换器的增益范围,多采用脉冲宽度调制(pulse width modulation,PWM)变换器与llc变换器级联的两级式拓扑,其中llc变换器开环工作于谐振频率点,PWM变换器负责闭环稳压。由于PWM变换器承担了全部负载功率,效率损失较大,且... 详细信息

为了拓宽传统llc变换器的增益范围,多采用脉冲宽度调制(pulse width modulation,PWM)变换器与llc变换器级联的两级式拓扑,其中llc变换器开环工作于谐振频率点,PWM变换器负责闭环稳压。由于PWM变换器承担了全部负载功率,效率损失较大,且llc谐振腔参数受电路杂散电感、器件批次一致性等影响,谐振频率点常偏离于预设值,导致整机效率进一步下降。针对上述问题,提出了一种原边串联型llc变换器拓扑,将同步Buck变换器的输出端与全桥llc变换器的任一桥臂串联,通过调节Buck输出电压改变llc谐振腔输入电压幅值,Buck仅承担部分负载功率即可实现整机宽增益范围调节。对于谐振频率点偏离问题,提出了一种频率自适应追踪方法,结合llc在不同谐振状态下的换流特性,根据副边整流管通流时间,无需谐振状态判断便可直接计算频率调节值,进行谐振频率追踪控制。最后搭建一台28 V/1 kW实验样机,在240~380 V输入条件下,Buck变换器最多仅承担45%的负载功率,同时可以准确追踪变换器的谐振频率点。变换器整机峰值效率为97.39%,相较传统两级式拓扑效率最大提升2.32%。

关键词：宽增益范围同步Buck变换器 llc变换器软开关频率追踪

基于屏蔽–对消技术的llc变换器共模噪声抑制方法研究

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中国电机工程学报 2022年第21期42卷 7955-7963页

作者：万芳燕董纪清福州大学电气工程与自动化学院福建省福州市350108

文中提出一种新型的变压器共模(common mode,CM)噪声抑制技术,通过在绕线式变压器中外加一层屏蔽–对消绕组,不仅能够屏蔽一侧的CM噪声,同时能够与另一侧的CM噪声实现对消,抑制流经变压器通路的总CM噪声。文中结合llc变换器CM噪声的特... 详细信息

文中提出一种新型的变压器共模(common mode,CM)噪声抑制技术,通过在绕线式变压器中外加一层屏蔽–对消绕组,不仅能够屏蔽一侧的CM噪声,同时能够与另一侧的CM噪声实现对消,抑制流经变压器通路的总CM噪声。文中结合llc变换器CM噪声的特点给出屏蔽–对消绕组设计原理及计算过程,测试并对比无屏蔽层、采用全屏蔽铜箔及加入屏蔽–对消绕组3种变压器结构下的CM噪声。实验结果表明,屏蔽–对消绕组的CM噪声抑制效果在三者中最优,验证了屏蔽–对消绕组抑制CM噪声的有效性。

关键词： llc变换器电磁干扰共模噪声屏蔽–对消绕组

一种柔性多模态宽范围全桥llc变换器控制方法

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中国电机工程学报 2022年第2期42卷 747-760页

作者：缪哲语仝昊姚文熙吕征宇浙江大学电气工程学院浙江省杭州市310027

对全桥llc变换器提出一种柔性多模态的宽增益范围控制策略。文中首先讨论全桥llc的状态分析模型和现有子模态控制原理,并建立数字辅助设计平台,这些理论、工具为后续工作奠定基础。针对现有全桥llc变换器各子模态逻辑独立、整体增益范... 详细信息

对全桥llc变换器提出一种柔性多模态的宽增益范围控制策略。文中首先讨论全桥llc的状态分析模型和现有子模态控制原理,并建立数字辅助设计平台,这些理论、工具为后续工作奠定基础。针对现有全桥llc变换器各子模态逻辑独立、整体增益范围有限的不足,提出一种全桥变频-移相不对称-DPWM控制的平滑柔性变模态控制策略,并分析各子模态的工作特性,对模态工作机匹配和状态过渡过程等技术问题与设计要点进行详细说明。样机实验证明,所提方法能使全桥llc变换器实现极宽的增益范围,并能在全工作范围内保证变换器零电压开通,实现高工作效率。

关键词： llc变换器柔性多模态宽增益范围零电压开通

一种多模态宽范围箝位桥并联型llc变换器控制方法

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电源学报 2022年第4期20卷 1-10页

作者：缪哲语仝昊吕征宇姚文熙浙江大学电气工程学院杭州310027

对箝位桥并联型llc变换器提出了多模态的宽增益范围控制策略。首先讨论了箝位桥并联型llc变换器的子模态控制原理及工作特性。针对现有控制方案各子模态逻辑独立、整体增益范围有限等不足,对箝位桥并联型llc变换器提出一种平滑柔性多模... 详细信息

对箝位桥并联型llc变换器提出了多模态的宽增益范围控制策略。首先讨论了箝位桥并联型llc变换器的子模态控制原理及工作特性。针对现有控制方案各子模态逻辑独立、整体增益范围有限等不足,对箝位桥并联型llc变换器提出一种平滑柔性多模态控制策略,并说明了各子模态的工作特性及整体控制方法。样机实验证明所提方法能使箝位桥并联型llc变换器实现极宽的增益范围,且在全工作范围内保证变换器零电压开通,拓宽副边零电流关断范围,实现宽范围下的高工作效率。

关键词： llc变换器多模态宽增益范围零电压开通

基于平面磁元件的llc变换器相关参数的整体优化设计方法

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电工技术学报 2023年

作者：周子航高祎韩刘懿静张欣马皓浙江大学杭州国际科创中心浙江大学伊利诺伊大学厄巴纳香槟校区联合学院浙江大学电气工程学院

平面磁心和PCB绕组的可定制化设计和可重复性制造，为进一步提高llc变换器的效率和功率密度提供条件。对于工作频率、谐振腔参数、平面磁元件尺寸等数量多、连续性强、对变换器整体效率影响存在耦合关系的设计参数，采用传统的分步优化... 详细信息

平面磁心和PCB绕组的可定制化设计和可重复性制造，为进一步提高llc变换器的效率和功率密度提供条件。对于工作频率、谐振腔参数、平面磁元件尺寸等数量多、连续性强、对变换器整体效率影响存在耦合关系的设计参数，采用传统的分步优化设计方法难以实现变换器最高整体效率。为此该文提出一种基于平面磁元件的llc变换器工作频率、谐振腔参数和平面磁元件尺寸的整体优化设计方法，在满足实际工程要求的前提下，以实现理论最高峰值效率为目标，可一步得到全局最优的设计参数。基于此方法设计一台3 kW高效高密llc变换器，并进行了实验验证。变换器功率密度510 W/in3，峰值效率99.0%，满载效率98.3%，与所提出的设计方法得到的理论结果接近，证明了设计方法的正确性和有效性。

关键词： llc变换器平面磁元件参数设计

电荷控制llc变换器的负载前馈和轻载间歇控制策略研究

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电荷控制LLC变换器的负载前馈和轻载间歇控制策略研究

作者：邹荣延南京航空航天大学

学位级别：硕士

llc变换器由于具备天然软开关、高效率和高功率密度等优势,已广泛应用于工业领域。为扩展其应用领域,本文以电荷控制llc变换器为研究对象,通过对电荷控制方法进行分析和优化,并结合负载前馈控制和轻载间歇控制方法,进一步提升其动、稳... 详细信息

llc变换器由于具备天然软开关、高效率和高功率密度等优势,已广泛应用于工业领域。为扩展其应用领域,本文以电荷控制llc变换器为研究对象,通过对电荷控制方法进行分析和优化,并结合负载前馈控制和轻载间歇控制方法,进一步提升其动、稳态性能的同时保证宽范围的高效率运行。本文首先对llc变换器的电荷控制的原理进行介绍,分析其不足之处在于控制信号依然是开关频率的函数易受参数容差影响,为此,本文提出一种加入频率补偿的改进方法,分析了其工作原理、稳态方程和小信号模型。仿真结果表明,频率补偿方法使控制信号和输入电流成一一对应关系,实现了逐周期输入平均电流控制。为进一步改善加入频率补偿后的电荷控制llc变换器的动态响应,本文引入负载电流前馈控制,分别推导和分析有、无负载电流前馈控制的输出阻抗,并通过在频域计算负载跳变傅里叶级数展开式和输出阻抗的乘积来验证时域的动态改善,然后在样机上进行验证其有效性。针对宽范围工作和轻载效率问题,本文利用加入频率补偿后的电荷控制llc变换器可以逐周期控制输入电流的特性,通过控制量来监视负载实现间歇功能,提升了轻载效率以及实现了llc变换器间歇模式和正常模式之间切换时快速的暂态响应,并借助仿真进行了验证。最后本文搭建了一台1k W 400V/12.2V llc变换器的数字化电荷控制样机,对样机的参数和环路进行了设计,通过实验来验证了上述方法对变换器的动、稳态性能的提升以及宽范围的高效率运行的有效性。

关键词： llc变换器电荷控制频率补偿方法负载前馈控制轻载间歇控制

基于llc变换器的两级式光伏并网系统关键技术研究

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基于LLC变换器的两级式光伏并网系统关键技术研究

作者：魏登西安理工大学

学位级别：硕士

太阳能是一种受到广泛的关注的优质新能源,高效发电是其核心问题。单相两级式光伏并网系统由前级DC/DC变换器和后级DC/AC变换器构成,其控制简单、重量轻、易于安装,在小功率场合中被广泛应用。本文以单相两级式并网逆变器为研究对象,分... 详细信息

太阳能是一种受到广泛的关注的优质新能源,高效发电是其核心问题。单相两级式光伏并网系统由前级DC/DC变换器和后级DC/AC变换器构成,其控制简单、重量轻、易于安装,在小功率场合中被广泛应用。本文以单相两级式并网逆变器为研究对象,分别对其前级llc变换器和后级全桥逆变器的控制策略进行研究,以提高整体效率。首先,构建光伏电池的数学模型分析其输出特性;介绍了前级llc变换器的工作原理,推导了开关频率与谐振频率不同大小情况下的等效电路,通过基波等效法建立llc变换器的直流电压增益模型,搭建了光伏发电仿真模型和实验模型验证理论分析的有效性。其次,研究了前级llc变换器最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking,MPPT)优化控制策略:1)针对传统功率控制法在光照剧烈变化时需重新跟踪最大功率点存在功率损耗问题,提出一种改进的功率控制法。通过在功率上调值和下降值引入对数函数和光伏曲线斜率,优化其对应的系数,在启动追踪和光照改变时减小了达到最大功率点的时间和稳态震荡,提高了最大功率点(Maximum Power Point,MPP)效率。2)针对基于脉冲频率调制(Pulse Frequency Modulation,PFM)控制的传统中心点迭代MPPT迭代次数多增加稳定时间,提出了一种变权重直接频率控制MPPT算法,通过对P-f曲线分析,不同权值下的迭代次数不同,设计了权重因子及MPPT流程图。仿真结果表明,本文所提功率控制法较传统方法提高了追踪速度和稳态精度,变光照下无需重新追踪MPP;所提变权重直接频率控制法较传统方法减少迭代次数,避免了局部阴影下输出局部最优解的问题。此外,通过实验验证了本文所提方法的可行性。最后,研究了后级全桥并网逆变器的控制策略。介绍了单相全桥逆变器的工作原理,分析了比例积分(Proportion Integration,PI)控制、比例谐振(Proportional Resonant,PR)控制、准PR控制的增益和静态误差效果,推导了传递函数并进行了伯德图对比。仿真和实验表明,准PR控制策略有较好的性能和较低的总谐波失真(Total Harmonic Distortion,THD)。

关键词：单相两级式光伏逆变器 llc变换器功率控制法变权重的直接频率MPPT 准PR控制

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三电平llc谐振变换器的关键技术研究

三电平LLC谐振变换器的关键技术研究

作者：郭浩北方工业大学

学位级别：硕士

随着新能源电力行业的兴盛发展,DC/DC变换器的应用愈加广泛。llc谐振变换器由于结构简单、转换效率高,能在全负载范围内实现原边开关管零电压开通和副边二极管零电流关断,受到了广泛关注与深入研究。传统变频控制llc谐振变换器的整体增... 详细信息

随着新能源电力行业的兴盛发展,DC/DC变换器的应用愈加广泛。llc谐振变换器由于结构简单、转换效率高,能在全负载范围内实现原边开关管零电压开通和副边二极管零电流关断,受到了广泛关注与深入研究。传统变频控制llc谐振变换器的整体增益范围受到负载及开关频率范围的限制,而三电平llc谐振变换器可以在保留llc变换器优点的基础上,额外扩展输入电压范围,更适用于宽范围、高电压的应用场景。因此,本文将针对半桥llc三电平变换器拓扑展开研究。本文首先对现有相关研究进行分析,针对半桥三电平llc谐振变换器,设计了一种适用于宽范围调压场景的逆变端双模式切换闭环控制策略,通过不同的开关管组合构成具有不同增益的逆变端模式,运行模式根据闭环反馈控制器的控制变量自动选择,且两种模式使用同一套控制逻辑,仅通过切换运行模式即可将增益范围扩大2倍。通过对两种模式进行工作原理及增益分析,确定了双模式切换对谐振腔设计的要求,据此设计了实验样机平台,实验结果验证了双模式切换闭环策略的可行性。接着,对半桥三电平结构分压电容的偏压原理进行了详细分析,分析结果表明,通过控制上下桥臂相位差可以平衡两分压电容的电压,并据此设计了分压电容的均压闭环策略,通过实验验证了均压策略的正确性。最后,对传统的llc过流保护方法的特点进行了说明,并分析了传统过流保护方法无法应用于半桥三电平拓扑中的原因,针对半桥三电平拓扑在双模式切换时出现的电流超调现象,提出了一种针对半桥三电平瞬时冲击电流的硬件保护方法,无需主动控制,响应速度快,且不影响电路稳定运行工作点,分别通过仿真与实验对该过流保护方法进行了验证。

关键词：三电平宽范围 llc变换器模式切换过流保护