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llc谐振变换器轻载下电压增益失真的研究

电源学报 2014年第3期12卷 75-79页

作者：俞珊董纪清陈海堤福州大学至诚学院电气工程系福州350002 福州大学电气工程与自动化学院福州350108 国家电网莆田供电公司配电中心莆田351100

首先对轻载运行下的llc谐振变换器输出电压增益失真现象进行分析,并通过对考虑分布电容的llc变换器进行建模仿真分析,得到考虑分布电容时的变换器电压增益曲线。针对轻载下的增益失真现象,给出了4种措施加以改进。最后,通过制作一台12 V... 详细信息

首先对轻载运行下的llc谐振变换器输出电压增益失真现象进行分析,并通过对考虑分布电容的llc变换器进行建模仿真分析,得到考虑分布电容时的变换器电压增益曲线。针对轻载下的增益失真现象,给出了4种措施加以改进。最后,通过制作一台12 V/20 A的llc变换器样机,验证了分析设计的合理性。

关键词： llc 轻载特性分布电容 Burst模式

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高效率DC/DC变换器的研究

高效率DC/DC变换器的研究

作者：施玉祥浙江大学

学位级别：硕士

随着能源日益紧张,效率成为DC/DC变换器的最为重要的指标之一。如何提高变换器的转换效率,前人做了大量的研究,各种新的拓扑结构、软开关技术以及同步整流技术被不断的提出。而其中llc谐振变换器以及两级结构DC/DC变换器,以其高效率以... 详细信息

随着能源日益紧张,效率成为DC/DC变换器的最为重要的指标之一。如何提高变换器的转换效率,前人做了大量的研究,各种新的拓扑结构、软开关技术以及同步整流技术被不断的提出。而其中llc谐振变换器以及两级结构DC/DC变换器,以其高效率以及宽电压输入能力,备受青睐,成为研究热点。本文对目前小功率隔离型DC/DC变换器常见拓扑进行梳理,分析了它们的优缺点以及应用场合。针对500W功率等级DC/DC变换器,对llc谐振变换器、ZVS移相全桥变换器、Boost-半桥变换器和Boost-llc变换器四种候选拓扑进行损耗分析,根据结果确定了llc谐振变换器和Boost-llc变换器作为优选拓扑,进行了理论和实验研究。 llc谐振变换器利用激磁电流能够在全范围内实现软开关,从而效率较高;并且具有升压特性,能够满足宽电压输入的要求。本文对llc谐振变换器进行了深入的分析,在总结前人研究的基础上,提出了llc谐振参数的效率最优化设计方法,分析了谐振参数对同步整流的影响,并且给出了llc谐振变换器的设计步骤,结合500WDC/DC变换器进行了实验验证,实现了较高的效率。 Boost-llc变换器综合了Boost的升压特性和llc高效率特性,两级电路功能明确,通过优化设计llc级效率的提升能够弥补引入Boost变换器的带来的效率下降,从而使变换器整体效率较llc谐振变换器还要高。本文在llc谐振变换器的基础上,对Boost-llc两级DC/DC变换器的特点以及工作过程进行较为详细的分析,给出了Boost-llc变换器的优化设计方法和设计步骤;结合500WDC/DC变换器进行了实验,实现了较llc谐振变换器更高的效率。

关键词：高效率 DC/DC变换器 llc Boost-llc 同步整流

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串联谐振感应加热逆变电源的研制

串联谐振感应加热逆变电源的研制

作者：汪军浙江大学

学位级别：硕士

本文以串联谐振感应加热电源为研究对象,首先分析了现代感应加热的发展现状和趋势,对几种较为常见的功率调节方式予以介绍,并选择扫频控制作为本课题的控制方案,对扫频控制中一些环节予以重点介绍,结合实际,对实际应用中的功率调节闭环... 详细信息

本文以串联谐振感应加热电源为研究对象,首先分析了现代感应加热的发展现状和趋势,对几种较为常见的功率调节方式予以介绍,并选择扫频控制作为本课题的控制方案,对扫频控制中一些环节予以重点介绍,结合实际,对实际应用中的功率调节闭环参数选取,以及限相环设计等实际电路设计予以阐述。研制了一台超音频电源。针对在低阻抗负载下,扫频控制中出现的关断角度,关断电流过大问题,采取了电流和相位双反馈的策略,使得在低阻抗下关断电流得以减小,同时对于新控制下,在额定阻抗时的功率调节存在不可控区域现象,采取了变相位反馈比例系数的策略,使得在额定阻抗下的功率不可控区域大大减小,并建立了相位反馈比例系数与限相角度之间的关系表,这对实际调试中的参数选取,有一定的实际意义。最后通过实际的实验验证了上述结论针对电压型串联谐振的保护问题,本文在分析了几种短路情况下的逆变器的工作状态下分析,提出了相应的保护方案。最后对于感应加热的扩容问题,分析了一种较有前途的拓扑,llc负载谐振,较为详细的分析了这种拓扑的负载特性,以及这种拓扑与LC之间的转换,以及对实际应用中应注意的一些特性加以阐述,相对于LC串联谐振,llc在感应加热的扩容上有拓扑上优势,就llc拓扑的双机并联中的环流抑制机理等予以分析,为以后的研究工作打下基础。

关键词：串联谐振扫频控制开关损耗逆变保护 llc

SiC MOSFET驱动电路及1-kV SiC llc变换器平面磁性元件优化

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SiC MOSFET驱动电路及1-kV SiC LLC变换器平面磁性元件优化

作者：高哲思南京航空航天大学

学位级别：硕士

系留无人机是将无人机与地面系留系统连接起来,可以长时间高空作业的无人机。为了降低母线上的传输损耗、减小系留电缆线的重量,提高母线电压是系留无人机电源系统发展的重要趋势。在高压大功率领域,宽禁带器件SiC MOSFET有着高耐压、... 详细信息

系留无人机是将无人机与地面系留系统连接起来,可以长时间高空作业的无人机。为了降低母线上的传输损耗、减小系留电缆线的重量,提高母线电压是系留无人机电源系统发展的重要趋势。在高压大功率领域,宽禁带器件SiC MOSFET有着高耐压、导通损耗低、开关速度快、耐高温等优势,可以更好的契合系留无人机电源系统的高功率密度的发展需求。SiC MOSFET和传统的Si器件相比,有着更卓越的性能,但也需要更高性能的驱动器才能更好的发挥出SiC MOSFET的优势。在过流保护方面,与Si MOSFET相比,SiC MOSFET有着较小的芯片面积和较高的电流密度,所以SiC MOSFET的短路耐受能力往往更低。因此,SiC MOSFET对过电流保护电路的可靠性和响应时间有更严格的要求。此外,SiC MOSFET的高温特性也要求其栅极驱动以及辅助电源能满足高温工作的需求。针对目前SiC MOSFET驱动器过流保护慢的不足,提出了V检测过流保护电路。在提升过流保护的可靠性上,采用消隐时间设置避免了开关管在刚导通时V出现波动引起的误保护现象。针对宽工作温度范围,设计了能工作于-55～125 C的驱动器与辅助电源。基于理论分析,搭建了一台驱动器,100 k Hz时传输延迟时间为48.8 ns/16.0 ns,当电流达到保护阈值时能在300 ns内关闭驱动,减小了驱动器实际应用中的信号传输延迟时间,解决了保护可靠性低、响应速度慢的问题。llc谐振变换器能实现软开关,能满足系留无人机电源系统对高效率和高功率密度的需求。针对1 k V高压输入、功率6.6 k W的SiC llc变换器磁性元件的设计所存在的寄生参数对变换器的影响、磁性元件的优化等问题,从变压器参数优化和结构优化两方面着手:1)提出了平面Litz结构的变压器,缓解了绕组间的邻近效应,优化了并联绕组之间电流分布不均的问题,变压器副边绕组的交流铜损降低10%;2)讨论了变压器参数的优化的方案,并搭建了1 k V输入、功率6.6 k W的SiC llc样机,满载效率可达到95.69%,功率密度可达到93.59 W/in,验证了方案的有效性与可行性。

关键词： SiC驱动 llc 平面磁性元件平面Litz绕组高功率密度

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小型光伏并网逆变器中变模态控制llc研究

小型光伏并网逆变器中变模态控制LLC研究

作者：谢晶晶浙江大学

学位级别：硕士

本文分析研究了小型光伏并网逆变器中DC/DC变换器的特点,针对光伏组件输出电压变换范围宽等特点研究了适用于此种情况下的拓扑,最终选择了llc谐振变换器作为研究对象。首先分别介绍了采用变频控制和定频移相控制时llc谐振变换器的工作模... 详细信息

本文分析研究了小型光伏并网逆变器中DC/DC变换器的特点,针对光伏组件输出电压变换范围宽等特点研究了适用于此种情况下的拓扑,最终选择了llc谐振变换器作为研究对象。首先分别介绍了采用变频控制和定频移相控制时llc谐振变换器的工作模式,基于基波分析法分析了变频控制和定频移相控制时llc的电压增益情况。在此基础上针对特宽输入电压的情况,提出了一种随着输入电压情况改变llc拓扑和控制方式的变模态llc,分析了变模态llc的电压增益情况。电路采用数字信号处理器（DSP）进行数字控制,控制简单方便,不需要增加额外的模拟电路。文章分析对比了在宽输入电压情况下采用几种不同控制方式时llc谐振变换器的工作情况,发现相比于其他几种方法,采用跟随输入电压变换而改变工作频率和移相角的控制时电路有效占空比最高,谐振腔环流时间最短,llc效率能得到有效提高。

关键词：宽输入电压 llc 变模态光伏并网逆变器

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基于半桥llc谐振变换器的电源适配器设计

基于半桥LLC谐振变换器的电源适配器设计

作者：陈少浩广东工业大学

学位级别：硕士

当前,便携式、小型化、轻量化的笔记本电脑得到广泛应用,笔记本电脑的轻便化和性能的提升离不开其电源的优化设计,笔记本电脑主要还是使用外置电源适配器,这是由于将电源模块集成到笔记本电脑里,会存在以下问题:1..AC/DC电源工作时发热... 详细信息

当前,便携式、小型化、轻量化的笔记本电脑得到广泛应用,笔记本电脑的轻便化和性能的提升离不开其电源的优化设计,笔记本电脑主要还是使用外置电源适配器,这是由于将电源模块集成到笔记本电脑里,会存在以下问题:1..AC/DC电源工作时发热,若集成到笔记本电脑里,会影响电脑整机的温升;2.开关电源产生的电磁传导与辐射干扰会影响其他电路的正常工作;3.工作能效不高的电源变换器需要使用体积较大的散热器,会制约笔记本电脑的轻便化设计。所以,开发高效率、低EMI干扰、低功耗、小体积的电源适配器,必然是笔记本电脑发展进程中的重要任务。目前,设计电源适配器主要的国际标准是IEC61000-3-2标准,以及美国“能源之星”外部电源2.0版本规范,前者是限制电子设备输入电流谐波分量的标准,后者是对电源变换器的空载、待机功耗以及工作效率的规范。本文根据相关的国际标准以及电源适配器发展的需求,提出“APFC+DC/DC”两级式电源适配器的实现方案,前级电路实现有源功率因数校正(Active Power Factor Correction,APFC),后级电路实现DC/DC变换。通过详述变换器的工作原理,并采用基波分析法对电路进行数学建模分析,以及利用MathCAD软件对影响变换器工作特性的参数进行仿真,得出变换器主要参数的影响与设计选择方法,设计制作了一款宽输入电压范围(9064V)、输出19V/6.3A的120W电源适配器样品,并在各种工作条件下对样品进行了实验测试以及测试结果分析。实验结果表明,本文设计的电源适配器样品实现了功率因数校正、软开关、空载跳跃周期模式、磁集成等技术,具有高功率因数、高工作效率、低空载功耗、动态响应好、输出稳压精度高、纹波小等多种优良性能指标。本文研究设计的电源适配器两级式实现方案,同样也适用于液晶电视电源、液晶显示屏内置电源或外置适配器、LED驱动电源、电动车充电器,以及中小功率消费电子产品的电源等多种应用场合。

关键词： Boost PFC 电源适配器 llc 半桥谐振变换器软开关

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全桥llc变换器轨迹控制策略的研究

全桥LLC变换器轨迹控制策略的研究

作者：江崴浙江大学

学位级别：硕士

随着万物互连的智能时代到来,人工智能技术和5G技术迅速发展并商用化;商用数据中心和通信基站的规模也随之不断扩大,高效率、高可靠的供电技术是其关键技术之一。全桥llc变换器以其软开关、电气应力低、高效率等特性被广泛应用于通信电... 详细信息

随着万物互连的智能时代到来,人工智能技术和5G技术迅速发展并商用化;商用数据中心和通信基站的规模也随之不断扩大,高效率、高可靠的供电技术是其关键技术之一。全桥llc变换器以其软开关、电气应力低、高效率等特性被广泛应用于通信电源、数据中心供电的服务器电源等,实现高压直流(400V)母线到低压直流母线的隔离变换。由于该变换器属于谐振类变换器,传统商用控制器均采用定脉冲宽度(50%)调节开关频率的方式进行控制。实际应用中,全桥llc变换器存在:1、高输入下启动时电流过应力;2、负载切换动态响应慢;3、轻载效率低且存在噪音等问题。针对全桥llc高压启动时存在的电流过应力且电流不确定等问题,本文在总结现有的启动控制策略的基础上,基于轨迹分析的方法推导了恒流启动的控制策略,并分析、修正了寄生参数带来的影响,提出一种考虑寄生参数的恒流启动控制方案。提高了启动的鲁棒性,整个启动过程速度快且几乎不存在电流过应力。针对全桥llc轻载效率低、存在噪音等问题,在总结现有的轻载控制方法的基础上,文章提出一种自适应定频Burst控制策略。通过将Burst频率控制在人耳听觉不敏感范围,减小了噪音;同时,在Burst控制方法中引入轨迹控制进一步提高了轻载效率。针对全桥llc动态响应慢的问题,文章借鉴已有的one-cycle控制策略和one-step控制策略,推导了全桥llc负载切换的one-step控制策略,使llc达到接近理论极限的单周期响应。

关键词： DC-DC llc 相平面轨迹启动 Burst控制自适应

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llc谐振式航空直流变换器关键技术研究

LLC谐振式航空直流变换器关键技术研究

作者：王瑞春西安电子科技大学

学位级别：硕士

航空直流变换器是构建飞机航电系统的基础,随着机载设备精细化、复杂化的发展,航电系统对机载电源性能和功率的要求也日趋严格。基于某项目的要求,本文将对航空直流变换器的效率、功率和均流等几个方面进行研究。飞机的直流母线电压为27... 详细信息

航空直流变换器是构建飞机航电系统的基础,随着机载设备精细化、复杂化的发展,航电系统对机载电源性能和功率的要求也日趋严格。基于某项目的要求,本文将对航空直流变换器的效率、功率和均流等几个方面进行研究。飞机的直流母线电压为270V,而众多机载设备的供电电压为28V,因此本文将对270V～28V（DC-DC）大功率航空直流变换器进行研究。由于llc谐振变换器不仅能在全负载范围内实现软开关,而且电路中的寄生参数可以作为谐振器件参与到电路的谐振中,易于磁集成,从而提高电能的转换效率;因此,llc谐振变换器作为主流的电路拓扑之一而被广泛的运用到工程中。本文首先对全桥llc谐振变换器的拓扑结构和工作模态进行详细分析,运用基波等效法对谐振变换器建立数学模型,在其基础上建立了输入输出电压增益关系式,计算出了谐振腔的参数,同时对设计参数进行仿真验证。其次,为了提高系统的功率密度,在MAXWELL3D中搭建了初次级绕组交叉和非交叉的两种平面变压器模型,对平面变压器的寄生电容、损耗和漏感进行仿真分析,选择了更为合理的初次级交叉平面变压器结构,大幅度减小了变换器的体积,提高谐振变换器的功率密度。接着采用多个llc谐振变换器模块并联满足系统大功率的要求;详细的分析了因谐振腔参数的差异对各模块电压增益和输出电流的影响,引入了移相均流的控制策略,推导出电压增益与移相角的关系,分析该策略的可行性;之后在仿真软件中建立了双谐振变换器模块并联的模型,验证了移相均流的效果。最后根据谐振变换器的参数设计要求,对软硬件进行了选型和设计,搭建软硬件平台进行实验测试。首先对单个llc谐振变换器模块进行测试,对其开关管零电压开通、副边整流二极管零电流关断、带载能力、突加负载能力和效率进行了测试和分析,均达到了设计指标;其次在单个谐振变换器的基础上搭建了三模块并联的系统进行测试,通过添加移相控制使得各个模块并联时的均流误差降至5%以内,达到了多模块并联输出的均流标准。

关键词： llc 平面变压器移相控制并联均流

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GaN器件的llc谐振变换器的优化设计

电源学报 2015年第1期13卷 21-27页

作者：马焕王康平杨旭甘永梅西安交通大学电气工程学院西安710049

首先介绍了llc谐振变换器的工作原理,详细分析了基于增强型氮化镓(e Ga N)场效应晶体管的llc谐振变换器的开关过程。分析结果表明,通过调节死区时间可以避免Ga N晶体管的反向导通,从而减小损耗;通过减小高频功率回路电感可以减小功率回... 详细信息

首先介绍了llc谐振变换器的工作原理,详细分析了基于增强型氮化镓(e Ga N)场效应晶体管的llc谐振变换器的开关过程。分析结果表明,通过调节死区时间可以避免Ga N晶体管的反向导通,从而减小损耗;通过减小高频功率回路电感可以减小功率回路的振荡。再对死区时间和功率回路布线分别进行了优化,由于Ga N晶体管栅源电压安全裕量很小,为确保器件安全,对驱动回路布线进行优化;最后设计了1台输入电压为48 V、输出电压为12 V、输出功率为100 W、开关频率为1 MHz的llc实验样机,并进行了实验验证。实验结果表明,高频功率回路电感从5.6 n H降为0.4 n H时,下管关断时的漏源电压超调由15%下降到6.7%,另外驱动功率回路采用单层布线带屏蔽层的布线方式后,开关管的驱动电压几乎没有振荡。

关键词： llc 氮化镓器件死区时间寄生电感布线