前言

新能源發(fā)電具有間歇性、不連續(xù)性、不穩(wěn)定性等特點(diǎn)，是目前制約其發(fā)展的重要原因。而技術(shù)的發(fā)展，需要電力電子裝備具有小的體積、高的效率等特點(diǎn)，為了應(yīng)對上述問題，寬電壓輸入范圍、全范圍軟開關(guān)的變換器是當(dāng)下研究的熱點(diǎn)。已有學(xué)者提出了基于四開關(guān)Buck-Boost變換器與LLC-DCX變換器結(jié)合而成的Sigma變換器，也稱之為混合變換器。Buck-Boost LLC變換器通過橋臂集成和部分功率傳輸?shù)母拍?，減小變換器的損耗。文章中對BBLLC-LLC變換器的原理進(jìn)行了分析，給出了設(shè)計(jì)方法，并通過實(shí)驗(yàn)對該拓?fù)溥M(jìn)行了驗(yàn)證。

 

目錄

1 概述

2 BBLLC-LLC變換器的原理

3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

4 參考文獻(xiàn)

1 概述

傳統(tǒng)的寬電壓應(yīng)用場景采用級(jí)聯(lián)拓?fù)?，兩?jí)拓?fù)鋾?huì)使用更多的開關(guān)器件，降低了變換器的功率密度。為了克服這一問題，磁集成技術(shù)被提出。文獻(xiàn)[2]研究了一種合并四開關(guān)無反向Buck-Boost變換器與LLC變換器的BBLLC（Buck boost LLC）混合變換器，集成過程如圖1所示。Buck-Boost級(jí)和LLC級(jí)共用一組橋臂，占空比保持在50%，因此LLC級(jí)的增益特性和效率不變。但由于其引入的電感Lb上流過了全部的輸入電流，帶來了較大的損耗，

隨著技術(shù)的發(fā)展，一種輸入串聯(lián)輸出并聯(lián)ISOP的Sigma變換器被提出，由一個(gè)LLC-DCX和一個(gè)D2D變換器組成，如示意圖2所示。

Sigma變換器其大部分電能由LLC-DCX級(jí)傳輸，實(shí)現(xiàn)更高的效率，小部分電能由D2D級(jí)實(shí)現(xiàn)調(diào)壓。文章中D2D變換器結(jié)構(gòu)選擇Buck-boost LLC結(jié)構(gòu)，其具有更大的調(diào)壓范圍、更寬的ZVS范圍及更高的效率，而LLC-DCX級(jí)承擔(dān)大部分功率傳輸。該拓?fù)湓谕貙捳{(diào)壓范圍的前提下，實(shí)現(xiàn)了效率的提升，并研制了實(shí)驗(yàn)樣機(jī)進(jìn)行驗(yàn)證。

2 BBLLC-LLC變換器的原理

該文章根據(jù)LLC-DCX變換器的優(yōu)點(diǎn)，提出了單向BBLLC-LLC混合變換器，以滿足寬范圍、高效率的需求，電路拓?fù)淙鐖D3所示。

其中，LLC-DCX變換器可以等效為一個(gè)直流變壓器，工作在開環(huán)，工作頻率為諧振頻率，保證在全電壓范圍內(nèi)，變換器均能工作在最佳狀態(tài)。通過基波近似法可以得到半橋LLC的增益為

根據(jù)上式分析，在諧振頻率處，其直流增益為1，輸出電壓與輸入電壓關(guān)系僅有變壓器的變比決定。

四開關(guān)Buck-Boost與半橋LLC變換器集成，其集成橋臂S3、S4開關(guān)占空比為0.5，增益特性保持不變，而前級(jí)Buck-Boost變換器增益變?yōu)镸=2D（D為開關(guān)占空比）。由此可以得到BBLLC變換器的增益表達(dá)式如下，其增益曲線如圖4所示。

BBLLC變換器前級(jí)Buck-Boost通過調(diào)節(jié)占空比來實(shí)現(xiàn)電壓調(diào)節(jié)，LLC級(jí)就可以工作在定頻模式，這樣變換器的磁性器件設(shè)計(jì)變得簡單，可以保證變換器工作在最佳狀態(tài)。其一個(gè)周期的工作波形如圖5所示。

圖3中，電感Lb上流過的電流由Buck-Boost變換器與LLC變換器橋臂之間的移相角p決定。對其電流進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，得到其表達(dá)式Ib為

從上式中可以得到電感Lb選取與占空比和移相角之間的關(guān)系。

3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

為了驗(yàn)證該文中所提出的BBLLC-LLC混合變換器，作者研制了一臺(tái)輸入200~400V，輸出12V/500W的樣機(jī)，對變換器進(jìn)行了測試，開關(guān)管可以實(shí)現(xiàn)ZVS，峰值效率可達(dá)到97.3%。變換器的理論參數(shù)見表1。

400V輸入時(shí)，開關(guān)管S1、S2及變壓器副邊ZVS波形如圖6所示。

該文基于Sigma結(jié)構(gòu)，結(jié)合LLC變換器的優(yōu)勢，提出了適應(yīng)于寬輸入電壓、全負(fù)載范圍內(nèi)能實(shí)現(xiàn)ZVS的高性能BBLLC-LLC混合變換器。文中對變換器的工作原理、設(shè)計(jì)方法和損耗分析等進(jìn)行了講述，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了理論的正確性和有效性。該方法對LLC變換器的研究及高性能變換器研究具有很好的借鑒意義，同時(shí)該變換器在實(shí)際中也有很大的使用價(jià)值。

4 參考文獻(xiàn)

[1]  寬輸入范圍、全范圍ZVS的高效率BBLLC-LLC混合變換器的DCX工作模式研究_李偉

[2] An im proved wide input voltage Buck-boost + LLC cascaded con verter_ Sun Xiaofeng

往期筆記

[1] 文獻(xiàn)筆記1---“一種適用于半橋LLC的調(diào)幅調(diào)頻混合控制方法”

[2] 文獻(xiàn)筆記2---一種應(yīng)用于SR-DAB的DPS-VF控制方法

[3] 文獻(xiàn)筆記3---一種隔離型單級(jí)無橋PFC變換器

[4] 文獻(xiàn)筆記4---一種寬輸出單級(jí)隔離型無橋PFC拓?fù)?/a>

[5] 文獻(xiàn)筆記5---基于無傳感器的Mhz高壓LLC變換器SR技術(shù)

[6] 文獻(xiàn)筆記6---開關(guān)電源環(huán)路補(bǔ)償設(shè)計(jì)

[7] 文獻(xiàn)筆記7---全橋CLL諧振變換器諧振參數(shù)優(yōu)化方法

[8] 文獻(xiàn)筆記8---LLC變換器的平面磁設(shè)計(jì)與整體參數(shù)優(yōu)化

[9] 文獻(xiàn)筆記9---LLC-DCX變換器并機(jī)諧振網(wǎng)絡(luò)及均流優(yōu)化

聲明：本貼推送內(nèi)容為個(gè)人學(xué)習(xí)文獻(xiàn)的筆記，僅作為學(xué)習(xí)交流目的，不得用于其它用途。由于個(gè)人水平有限，如有不足，請包涵。未經(jīng)允許不得轉(zhuǎn)載。