一种具有自限流功能的LLC谐振变流器拓扑
一种具有自动均压均流特性的组合式LLC谐振变换器
一种具有自动均压均流特性的组合式LLC谐振变换器郝瑞祥;雷浩东;贺涛;游小杰【摘要】AbstractIn this paper, a combined LLC resonant converter with voltage and current auto- balance capability is presented. Based on multi-phase LLC converter connected in input-series output-parallel (ISOP) structure, this converter can realize input voltage balance among modules by adding flying capacitor in switching-capacitor network, and reach current balance by adding coupled inductor in resonant tanks of LLC modules. The proposed topology has excellent performance of classical LLC converter in high efficiency, soft switching, and low EMI. Moreover, it is easily controllable and high reliable, which is suitable for high step-down conversion and high power output applications. Taken the topology with two modules as an example, the operation principle of the proposed topology is analyzed in detail. Finally, a prototype converter with400~550V input and 48V/24A output has been built and tested, to verify the effectiveness of the proposed voltage and current auto-balance capability.%提出一种具有自动均压和均流特性的组合式LLC谐振变换器。
llc电路四桥臂拓扑
llc电路四桥臂拓扑
LLC电路四桥臂拓扑是一种常见的LLC谐振电路拓扑结构。
它由一个LLC谐振网络和四个桥臂组成。
具体来说，LLC电路四桥臂拓扑由以下组件组成：
1. 输入电源：通常是一个DC电压源，用于提供电路的输入能量。
2. 逆变器桥臂：由四个开关器件组成，通常使用MOSFET或IGBT管。
它们通过PWM控制方式进行开关操作，将DC电压转换为交流电压。
3. LLC谐振网络：由一个电感、一个电容和一个谐振电容组成。
电感用于存储能量，电容用于调节谐振频率和电路阻尼。
谐振电容用于控制输出电压。
4. 输出负载：连接在谐振电容的两端，通常是需要供电的设备或其他电路。
LLC电路四桥臂拓扑的工作原理是：逆变器桥臂将DC电压转换为交流电压，经过LLC谐振网络进行滤波和能量存储，然后经过输出负载供电。
优点：
- 谐振电路可以实现高效能量转换，减少功率损耗。
- 输出电压稳定，能够适应不同负载要求。
- PWM控制方式可以精确控制输出电压和频率。
缺点：
- 桥臂开关器件的选择和控制较为复杂。
- 需要较高的电路设计水平和维护成本。
总的来说，LLC电路四桥臂拓扑是一种高效的谐振电路拓扑，适用于电力电子转换和供电应用。
llc谐振变换器工作原理及作用
llc谐振变换器工作原理及作用
谐振变换器（LLC）是一种常用的电力电子变换器，它广泛应用于直流-
交流转换器中。
下面我将为您介绍LLC谐振变换器的工作原理和作用。
LLC谐振变换器的工作原理如下：首先，输入电压经过整流和滤波，得
到一个直流电压。
然后，这个直流电压经过谐振电感和谐振电容，并与主开
关的开关动作交替，形成一个交流电压。
这个交流电压经过变压器，输出到
负载。
LLC谐振变换器的主要作用是将输入直流电压转换为需要的交流电压。
它可以实现高效能的功率转换，并具有以下几个重要的特点：
1. 高效能：LLC谐振变换器采用谐振电感和谐振电容，能够减小开关损
耗和开关噪音，提高能量转换的效率。
2. 高可靠性：谐振变换器的主开关只在零电压或零电流下进行开关动作，减少了开关元件的压力和损耗，从而提高了系统的可靠性和寿命。
3. 可调性：LLC谐振变换器可以通过改变谐振电感和谐振电容的数值来
调整输出电压和电流的大小，从而满足不同负载的需求。
4. 低电磁干扰：谐振变换器通过谐振电路将电压和电流在零交流压力点
进行开关，减少了开关瞬态和电磁辐射，降低了对其他电子设备的干扰。
LLC谐振变换器是一种高效、可靠、可调的电力电子变换器，具有广泛
的应用前景。
它可以在直流-交流转换器中将输入直流电压转换为需要的交
流电压，同时还具备较低的开关损耗、低电磁干扰等优点。
低压llc拓扑 -回复
低压llc拓扑-回复什么是低压LLC拓扑？低压LLC (Low-voltage LLC) 拓扑是一种用于交流到直流（AC to DC）转换的电源拓扑结构。
在电源中，交流电会经过整流器转换为直流电，然后经过滤波电路获得纯直流电压。
其中，LLC拓扑被广泛应用于中高功率电源转换器中。
LLC拓扑的优势LLC拓扑的优势在于高效率，低能量损耗以及高效率的功率转换。
相较于传统的电源转换拓扑，LLC拓扑能够更好地适应不同的负载情况，并提供更好的效能。
此外，LLC拓扑还具有较低的电磁干扰和噪音，能够更好地满足电力系统对EMI（电磁干扰）的要求。
低压LC拓扑的基本结构低压LLC拓扑由三个主要组成部分组成，包括三个电感、两个电容和一个开关电源。
1. 输入滤波电感：输入滤波电感通常用于去除交流电源中的高频噪音。
在LLC拓扑中，输入滤波电感起到进一步减小电源输入电流峰值、保证有效输入电压的作用。
2. 开关电源：开关电源是LLC拓扑的关键组件，它根据电源输入电压的变化来调整输出电压。
开关电源通过周期性地打开和关闭，将输入电压转化为适合输出负载的电压。
3. 功率变压器：功率变压器在LLC拓扑中起到电流隔离和功率转换的作用。
它通过提供电源输入端和开关电源之间的电磁耦合来实现功率的传输。
4. 输出滤波电感和电容：输出滤波电感和电容用于去除输出电流中的高频噪音，以获得更稳定的输出电压。
优点和缺点低压LLC拓扑相较于其他电源拓扑，具有以下优点：1. 高效率：LLC拓扑能够提供高效率的功率转换，减少能量损耗。
2. 适应性强：LLC拓扑能够适应不同负载情况，提供较稳定的输出电压。
3. 较低的电磁干扰：LLC拓扑具有较低的电磁干扰和噪音，满足电力系统对EMI的要求。
4. 更小的体积和重量：相较于传统的电源拓扑，LLC拓扑能够实现更小的尺寸和更轻的重量。
然而，低压LLC拓扑也存在一些缺点，包括：1. 更高的成本：与传统的电源拓扑相比，LLC拓扑的成本更高。
高效率LLC谐振变换器研究共3篇
高效率LLC谐振变换器研究共3篇高效率LLC谐振变换器研究1LLC 谐振变换器是现代开关电源领域中使用最广泛的拓扑结构之一。
具有输出电流大，输出稳定性好，转换效率高等优点。
因此，在许多电源电路中得到了广泛应用。
下面将从多方面介绍LLC 谐振变换器的研究进展。
一、LLC谐振变换器的拓扑结构LLC 谐振变换器的基本结构分为三个部分：LLC 谐振网络、中间转换电路和输出电路。
其中 LLC 谐振网络用于限制输出电压与输入电压之间的电压波动，中间转换电路将输入电压转换为谐振电流，输出电路的主要作用是过滤高频噪声，并将谐振电流转化为输出电压。
二、LLC谐振变换器的运行原理LLC 谐振变换器的原理是利用谐振网络与变压器的耦合实现输入电压的变换。
当跨越一个半周期的时间后，变压器的端子电压反向，LLC 谐振网络中原本储存的自由振荡能量会被耗散掉，把谐振电容释放成电压。
输出电压也随之产生。
三、LLC谐振变换器的优点1.高效率:相比其他开关电源拓扑结构，LLC 谐振变换器的转换效率更高。
2.输出稳定性好:由于LLC谐振变换器的输出电压是由谐振电容的能量释放而来的，因此其输出的稳定性和纹波较小。
3.小型化:LLC谐振变换器的整体尺寸较小，能够满足在狭小空间内集成高功率器件。
四、LLC谐振变换器研究的难点LLC谐振变换器的实现复杂，需要同时考虑谐振网络和变压器的设计、控制策略的选择以及严格的保护功能，这都是研究LLC谐振变换器的难点。
其中，谐振网络的设计需要选择合适的电感、电容和阻尼电阻，使得LLC谐振变换器在工作时达到电磁兼容性和稳定性。
此外，控制策略的选择也有待进一步研究，目前常用的有固定频率控制和变频控制。
再者，由于LLC谐振变换器在进行转换时容易出现一些非理想的情况，如过载、过流等，因此加强保护功能也是LLC谐振变换器研究的难点。
五、LLC谐振变换器未来的发展趋势LLC谐振变换器在实际应用中已经取得了很大的成功，但在某些方面还存在诸多问题。
新颖软开关推挽LLC谐振变流器及其拓扑延拓
新颖软开关推挽LLC谐振变流器及其拓扑延拓
陈威;吕征宇
【期刊名称】《浙江大学学报（工学版）》
【年(卷),期】2010(044)008
【摘要】为了解决在线式不间断电源系统(UPS)中,采用备用电池供电的升压直流-直流(dc-dc)变流器所存在的输入输出增益比和效率不能兼顾的问题,提出一种新颖的高效高增益升压推挽式隔离型电感-电感-电容(LLC)软开关串联谐振变流器.该变流器中的所有功率半导体元件均能实现软开关.通过工作在升压(Boost)模式下获得的高输入输出增益可有效减少变压器匝比,提高转换效率.内部驱动电路因基于推挽电路的结构而得以简化,该变流器适用于UPS电源系统中备用电池的能量升压转换场合.描述该变流器的工作原理和电路特性后,给出其拓扑的各种变化及变形结构,并用一台容量为600 V·A的双路输出样机验证了该变流器的有效性和实用性.
【总页数】8页(P1540-1547)
【作者】陈威;吕征宇
【作者单位】浙江大学,电气工程学院,浙江,杭州,310027;浙江大学,电气工程学院,浙江,杭州,310027
【正文语种】中文
【中图分类】TM46;TM13
【相关文献】
1.新颖软开关谐振复位宽范围双管正激变流器 [J], 陈威;吕征宇
2.一种新颖的三电平全桥谐振型软开关DC/DC变流器 [J], 陈威;吕征宇
3.基于交错Boost变流器和LLC谐振变流器的高效率车载充电机 [J], 李静宇;周明;李庚银
4.拓扑变换型LLC-C谐振软开关直流变换器 [J], 王议锋; 陈博; 吕雯; 董时萌; 杨良
5.应用于储能变流器的LLC/CLLC谐振变换器综述 [J], 刘林;熊兰;高迎飞
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llc谐振变换器 扩展描述函数法 建模
LLC谐振变换器是一种广泛应用于电力电子领域的拓扑结构，它具有高效率、高可靠性和良好的输出性能等优点。
在探讨LLC谐振变换器的建模方法时，扩展描述函数法是一种常用的分析工具，可以帮助我们更深入地理解其工作原理和性能特点。
1. 简介LLC谐振变换器是一种三电平谐振全桥拓扑结构，由电感L、电容C和开关管组成。
它通过谐振电路实现零电压开关(ZVS)和零电流开关(ZCS)，提高了能量转换的效率和质量。
在实际应用中，我们需要对LLC谐振变换器进行建模分析，以便更好地设计控制策略和优化参数。
2. LLC谐振变换器的建模在使用扩展描述函数法对LLC谐振变换器进行建模时，首先需要将其电路拓扑进行分析和简化，得到其数学模型。
然后利用扩展描述函数法，可以将非线性系统转化为一组线性微分方程，从而进行频域分析和控制设计。
3. 扩展描述函数法原理扩展描述函数法是一种常用的非线性系统分析方法，它通过引入描述函数和周期函数展开，将非线性系统分析转化为一组线性微分方程。
在LLC谐振变换器的建模中，可以利用扩展描述函数法建立其输出电压和输入电压的传输函数，从而得到其频域特性和稳定性分析结果。
4. 深入探讨LLC谐振变换器通过扩展描述函数法建模分析LLC谐振变换器，我们可以深入探讨其谐振特性、频率响应、稳定性边界和动态性能等重要指标。
可以基于建立的模型进行仿真和实验验证，以验证分析结果的准确性和有效性。
5. 个人观点和总结对于LLC谐振变换器的建模分析，扩展描述函数法是一种有效的工具，可以帮助我们更全面地理解其工作原理和特性。
通过深入探讨和分析，可以指导我们设计优化控制策略和提高系统性能。
在未来的研究和应用中，可以进一步扩展和应用扩展描述函数法，推动LLC谐振变换器技术的发展和创新。
LLC谐振变换器的建模分析是一个复杂而重要的课题，通过扩展描述函数法的应用，可以更好地理解其工作原理、优化性能和推动工程实践。
希望本文的介绍和讨论可以对你有所帮助，也期待未来能够在这一领域展开更多的深入研究和探讨。
llc谐振拓扑的原理
llc谐振拓扑的原理LLC谐振拓扑是一种常见的电路拓扑结构，常用于直流-交流变换器、逆变器和谐振电源等电力电子设备中。
LLC谐振拓扑的原理是通过合理的电路设计，使电路中的电感、电容和开关管等元件形成谐振回路，以实现高效的能量转换和电压调节。
在LLC谐振拓扑中，主要包含三个关键元件：输入电感(L)，电容(C)和变压器(T)。
输入电感连接到输入直流电源，电容则连接到输出负载，而变压器则连接输入电感和输出电容。
通过适当的电路设计，使得这三个元件形成一个串联谐振回路，从而实现高效的能量转换。
LLC谐振拓扑的工作原理如下：当输入电压施加到输入电感上时，电感储存能量，同时将电能传递给电容。
在这个过程中，开关管开启，使得输入电感与输入电压形成共振。
当开关管关闭时，输入电感与输入电容形成谐振，使得输出电压得以稳定输出。
LLC谐振拓扑具有以下几个特点：1. 高效性：LLC谐振拓扑利用谐振回路的特性，能够有效地减小开关管的开关损耗，提高能量转换效率。
同时，谐振回路能够使得输出电压稳定，减小电压波动。
2. 低噪声：由于LLC谐振拓扑采用谐振回路，使得电流和电压的变化较为缓慢，从而减小了电磁干扰和噪声的产生。
3. 宽工作范围：LLC谐振拓扑适用于多种输入电压和输出电压的情况，能够在较宽的工作范围内实现稳定的输出。
4. 可调性：通过合理设计谐振频率和变压器的变比，可以实现对输出电压的调节。
这使得LLC谐振拓扑在电力电子设备中具有较大的灵活性。
然而，LLC谐振拓扑的设计和控制也面临一些挑战。
首先，谐振回路的参数设计需要充分考虑电感、电容和变压器等元件的特性，以及谐振频率的选择。
其次，对于开关管的控制也需要精确而高效的控制策略，以实现准确的开关动作和电能转换。
LLC谐振拓扑作为一种常见的电路拓扑结构，具有高效性、低噪声、宽工作范围和可调性等优点。
通过合理设计和控制，可以实现高效的能量转换和稳定的输出电压。
随着电力电子技术的不断发展，LLC 谐振拓扑在新能源发电、电动车充电桩等领域的应用前景广阔。
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一种具有自限流功能的LLC谐振变流器拓扑
一、引言
在发电厂和变电站中，供给二次回路的直流电源称为电力操作电源。
电力操作电源主要用于向控制、保护、信号、自动装置回路以及操动机械和调节机械的传动机构供电，同时还作为独立的事故照明电源。
目前发电厂和变电站普遍应用的操作电源是硅整流型操作电源（又称相控式操作电源），它采用硅整流型充电装置对蓄电池充电，由蓄电池向二次回路提供不间断的直流电源。
但这种电源存在许多缺陷，如充电装置效率差、稳压稳流精度低、纹波大、电池保持容量低、寿命短等。
随着电力电子技术的发展，传统的硅整流型电源正在逐渐被高频开关电源取代。
高频开关电源具有体积小、重量轻、效率高、电气性能好等许多优点。
此外，由于高频开关电源采用模块化结构和n+1备份方式，使电源装置的可靠性得到大大提高。
在高频开关电源的拓扑选择上，近年来，LLC谐振变流器的拓扑受到越来越多的关注。
LLC谐振变流器的拓扑本身具有一些优越的性能，例如可以实现原边开关管在全负载下的零电压软开关（ZVS），副边整流二极管电压应力低，因此高输出电压应用情况下可以实现较高的效率等。
这些优点使得LLC谐振变流器特别适合高输出电压的应用场合，如电力操作电源等。
但是LLC谐振变流器的拓扑在应用中还存在一些实际问题，其中一个主要问题是当出现电路启动、负载过流或短路情况时如何限制电路中的电流以防止电路损坏。
针对这个问题，已有若干种解决方案，如直接屏蔽控制芯片驱动信号、直接升频控制、升频控制结合脉宽调制（PWM）控制和加钳位二极管的变结构LLC拓扑等。
但以上方法都存在各自的缺点，如直接升频控制会导致开关频率过高、开关关断损耗增大；升频控制结合PWM会导致开关管失去软开关条件；加钳位二极管的变结构LLC拓扑的限流阀值受输入电压影响较大，在高端输入电压下限流效果差。
为此，本文提出一种新型的具有自限流的LLC谐振变流器拓扑。
二、理论分析
如图1所示，本文提出的LLC拓扑电路主要结构与传统的LLC谐振变流器相同，只增加了一个小功率变压器T2以及2个二极管D3和D4。
具体工作原理简单描述如下：正常工作下，辅助电路不起作用，电路工作与传统的LLC谐振电路相同。
当过流或短路情况出现时，谐振电容两端电压升高。
当该电压上升到折算到变压器T2副边超过输出电压时，二极管D3和D4交替导通，谐振电容电压被钳位，从而谐振电流也被钳位，此时谐振电容等效成一个电压源。
由于本文提出的拓扑对谐振电容钳位的电压源是输出电压源，其幅值不会随输人电压变化而改变，因此负载限流阈值受输人电压变化影响相对较小。
此外，如果在控制上引入限流环，在过流的情况下限流环起作用使输出电压降低，从而可以进一步限制电流上升。
因此，本文提出的LLC谐振变流器具有更好的限流性能。
而且通过优化设计谐振电路参数，限流阈值变化窗口可以进一步得到优化。
下文将分析如何优化选择谐振电路参数。
在LLC谐振变流器中，正常工作频率范围主要与Lm和Lr的比值有关，表示如下：
式中：Lm 是主变压器的激磁电感量；Lr是谐振电感量； f r是谐振频率，从电路优化工作的角度考虑通常会选择额定工作情况下（输入电压高端，满载）的电路工作频率为谐振频率fr；fmin是电路的最低工作频率，出现在最低输入电压处。
根据式（1），可以得到开关频率变化范围与Lm/Lr的关系曲线如图2所示。
可以看出Lm /LI的比值越小，工作频率变化范围越窄。
另一方面，由于限流是通过对谐振电容的电压进行钳位实现的，因此限流阈值变化窗口与谐振电容的电压变化相关。
为了得到较好的限流效果，要求谐振电容电压变化范围越窄越好。
易推出谐振电容电压变化范围与变流器的工作频率相关：
式中：n是主变压器原副边匝比；Vcmax是谐振电容两端电压峰值的最大值，出现在最低输入电压时；Vcmin是谐振电容两端电压峰值的最小值，出现在最高输人电压时。
根据式（2），可以得到谐振电容电压与开关频率的关系曲线如图3所示。
由图3可知9 Vcmax /Vcmin随fmin/，fr增大而减小。
结合图2可以发现，如果Lm /Lr越小，则电路正常工作频率变化范围越窄，谐振电容Cr上电压变化也越小，从而可以得到较窄的限流阈值变化窗口。
本文提出的LLC谐振变流器另一个较突出的优点体现在当短路情况发生时其固有的限流特性，特别是当在控制上结合变频方法时。
当短路情况发生时，辅助变压器T2副边被短路，得到本文提出的LLC谐振变流器的等效电路见图4。
为便于比较，得到传统的LLC谐振变流器在短路情况下的等效电路如图5所示。
可以看出前者的等效回路阻抗为单卜个电感，而后者是电感和电容组成的谐振单元。
计算可知，当频率高于谐振频率时前者的等效回路阻抗远大于后者，因此短路电流也远小于后者。
三、计算与仿真分析
对一个输出为110 V/10 A的电力操作电源应用实例进行计算分析，其中电路指标如下：输入电压300V～400 V；输出电压110 V；输出电流10 A；正常工作频率150 kHz-200 kHz。
根据上文的分析，优化设计谐振参数过程如下：
1．设定谐振电容电压峰值为260 V，可以计算出谐振电容约为44 nF；
2．根据谐振电容值以及谐振频率，可以计算出谐振电感约为13.5μH；
3．根据正常工作开关频率范围由图2查到Lm/Lr 为3.393，从而计算出变压器激磁电感约为54μH。
电路中的其他参数设计过程与传统LLC谐振变流器类似，可以参考文献，这里不再详述。
计算出的主要参数以及根据计算的参数选定的主要半导体器件型号如下：变压器匝比为9：5：5；变压器磁心为EE42C；变压器激磁电感Lm为54μH；谐振电感磁心为RM 10；谐振电感Lr为13.5μH；谐振电容Cr为44 nF；辅助变压器匝比为14：5：5；辅助变压器磁心为RM10；D3，D4为MBR2030PT；原边开关管为IRFP22N50；D1，D2为MBR3030 PT。
图6是计算的短路情况下的平均输出电流与开关频率的关系曲线。
由图中可以看出，假设平均输出龟流限制在12.5 A，传统的LLC谐振变流器工作频率需要增加到385 k Hz，而本文提出的LLC谐振变流器只需要增加到265 kHz，这意味着电路最大的开关频率得到了大幅降低。
本文提出的LLC谐振变流器在额定输入电压（<400 V）下短路时的saber仿真波形如图7所示。
从图中可以看出，当开关频率在265 kHz时平均输出电流约为11.92 A。
计算与仿真之间的差异主要是由于仿真时多考虑了线路上的一些寄生参数。
四、实验结果
根据上述的理论计算和仿真分析，制造了一台输出为110 V/10 A电力操作电源样机，用来验证本文提出的LLC谐振变流器的性能，电路指标、主要参数与主要元器件选择与计算、和仿真时的参数相同。
测量出正常工作模式下的主要波形如：图8～图11所示。
图8和图9分别是300
V输人电压情况下正常工作时测量的谐振电容电压波形和原边的电流波形。
图10和图11分别是400 V输人情况下正常工作时测量到的谐振电容电压波形和原边的电流波形。
根据波形可以看出，Vcmax/Vcmin约为1.67，而f min/ f max约为0. 75，与图2和图3所计算出的曲线值基本一致。
图12所示是400 V输人时短路情况下测得的谐振电容两端的电压波形和原边电流波形。
将原边电流折算到副边计算出输出平均电流约为12 A，与理论计算及仿真结果基本符合。
表1所示是测量的效率，可以看出，尽管对电路参数的优化主要是针对限流保护进行考虑的，仍可以获得很高的效率。
五、结语
本文提出和研究了一种新型的具有自限流功能的LLC谐振变流器拓扑，其良好的自限流功能使得即使在短路情况发生时也能有效地限制电路电流，防止电路元器件损坏。
结合LLC谐振变流器自身适用于高输出电压的优点，该拓扑尤其适用于电力操作电源等工业应用场合。
本文对电路参数的优化选择进行了详细的理论分析，为优化变流器限流性能提供了理论依据。