CLLC谐振型双向DC-DC变换器的研究与设计
《2024年基于LLC谐振的双向全桥DC-DC变换器的研究》范文
《基于LLC谐振的双向全桥DC-DC变换器的研究》篇一一、引言随着电力电子技术的快速发展，DC-DC变换器在电力系统中扮演着越来越重要的角色。
其中，基于LLC（L-C-C）谐振的双向全桥DC-DC变换器因其高效率、低电压电流应力、软开关等优点，在新能源汽车、可再生能源系统、储能系统等领域得到了广泛应用。
本文旨在研究基于LLC谐振的双向全桥DC-DC变换器的工作原理、设计方法及性能分析。
二、LLC谐振的基本原理LLC谐振变换器是一种采用电感（L）、电容（C）和电容（C）谐振的DC-DC变换器。
其基本原理是利用谐振电路中的电感和电容进行能量传递，通过调节谐振频率和输入电压来实现输出电压的稳定。
在LLC谐振变换器中，全桥电路用于实现能量的双向传递。
三、双向全桥DC-DC变换器的设计3.1 拓扑结构双向全桥DC-DC变换器主要由两个全桥电路、谐振电感、谐振电容以及整流电路等部分组成。
其中，两个全桥电路分别负责能量的输入和输出，通过控制开关管的通断来实现能量的传递。
3.2 设计步骤设计双向全桥DC-DC变换器时，首先需要根据应用需求确定输入输出电压范围、功率等级等参数。
然后，根据参数选择合适的电感、电容等元件，并确定谐振频率。
接着，设计全桥电路的开关管和控制策略，以保证能量的高效传递。
最后，进行仿真和实验验证，对设计进行优化。
四、性能分析4.1 效率分析LLC谐振的双向全桥DC-DC变换器具有高效率的特点。
在谐振状态下，开关管的电压电流应力较低，损耗较小。
此外，软开关技术进一步降低了开关损耗，提高了整体效率。
4.2 稳定性分析该变换器具有较好的输入输出电压稳定性。
通过调节谐振频率和输入电压，可以实现输出电压的快速调整和稳定。
此外，双向全桥电路的设计使得能量可以在两个方向传递，提高了系统的灵活性和可靠性。
五、实验验证及结果分析为了验证基于LLC谐振的双向全桥DC-DC变换器的性能，我们搭建了实验平台并进行了一系列实验。
LLC谐振全桥DCDC变换器设计修改
LLC谐振全桥DCDC变换器设计修改设计修改的目的是为了改善LLC谐振全桥DC-DC变换器的特性，提高其性能和可靠性。
下面将介绍一些可能的设计修改和其优势。
1.增加脉宽调制(PWM)控制方式：脉宽调制的控制方式可以通过调整开关管的通断时间来控制输出电压。
通过增加PWM控制方式，可以提高变换器的稳定性和可控性，降低输出纹波。
2.优化谐振电路参数：谐振电路参数的优化对于提高LLC谐振全桥DC-DC变换器的效率和稳定性非常重要。
可以通过调整电感和电容的数值来优化谐振频率和谐振电流，进而提高变换器的效率。
3.采用最新的功率开关器件：功率开关器件的选择对于LLC谐振全桥DC-DC变换器的性能至关重要。
可以考虑使用最新的功率开关器件，如SiC（碳化硅）或GaN（氮化镓）器件，这些器件具有更高的开关频率和更低的开关损耗，可以提高变换器的效率。
4.使用软开关技术：软开关技术可以降低功率开关器件的开关损耗，提高变换器的效率和可靠性。
可以考虑使用零电压开关或零电流开关等软开关技术，减少开关损耗和电磁干扰。
5.增加保护功能：在设计LLC谐振全桥DC-DC变换器时，应考虑到各种故障情况，增加相应的保护功能，以提高系统的可靠性。
例如，可以增加过压保护、过流保护和过温保护等功能。
6.增加并联设计：并联设计可以增加变换器的功率容量和可靠性。
可以将多个LLC谐振全桥DC-DC变换器并联设计，提高系统的输出功率和冗余度。
通过对LLC谐振全桥DC-DC变换器设计的修改，可以提高其性能、效率和可靠性。
这些改进是根据具体的应用需求和技术水平而定的，只有综合考虑到各个方面的要求和限制，才能得到最佳的设计方案。
《2024年基于LLC谐振的双向全桥DC-DC变换器的研究》范文
《基于LLC谐振的双向全桥DC-DC变换器的研究》篇一一、引言随着电动汽车、可再生能源等领域的快速发展，DC-DC变换器作为电源系统中的关键设备，其性能的优劣直接影响到整个系统的效率与稳定性。
近年来，基于LLC（Lamp Lade & Capacitor）谐振的双向全桥DC-DC变换器因其在宽输入电压范围、高转换效率和低电磁干扰（EMI）等方面的优异表现，逐渐成为研究热点。
本文将详细探讨这一类变换器的工作原理、设计方法以及应用前景。
二、LLC谐振的双向全桥DC-DC变换器的工作原理LLC谐振的双向全桥DC-DC变换器是一种新型的电力电子变换器，其工作原理基于谐振现象。
在电路中，通过控制开关管的通断，使电路中的电感、电容和开关管等元件产生谐振，从而实现能量的高效传输。
与传统的DC-DC变换器相比，LLC谐振的双向全桥DC-DC变换器具有更高的转换效率和更低的电磁干扰。
该变换器由两个全桥电路组成，每个全桥电路包含四个开关管。
通过控制开关管的通断，可以实现能量的双向流动。
在正向传输过程中，输入侧的全桥电路将直流电转换为高频交流电，经过LLC谐振网络后，再由输出侧的全桥电路整流为直流电输出。
在反向传输过程中，则相反。
三、设计方法设计LLC谐振的双向全桥DC-DC变换器时，需要考虑多个因素，如输入电压范围、输出电压要求、转换效率等。
设计过程中主要包括以下几个步骤：1. 确定电路拓扑结构：根据应用需求选择合适的电路拓扑结构，如全桥电路、半桥电路等。
2. 确定谐振元件参数：包括谐振电感、谐振电容和谐振频率等参数的设计与选择。
3. 控制策略设计：根据应用需求设计合适的控制策略，如PWM控制、SPWM控制等。
4. 仿真验证：通过仿真软件对电路进行仿真验证，确保设计的合理性和可行性。
四、应用前景LLC谐振的双向全桥DC-DC变换器在多个领域具有广泛的应用前景。
首先，在电动汽车领域，该变换器可用于电池管理系统，实现电池的充放电管理以及能量回收等功能。
CLLLC谐振型双向DC-DC变换器若干关键问题研究
CLLLC谐振型双向DC-DC变换器若干关键问题研究目录目录摘要 (I)ABSTRACT ......................................................................................................... ...... I II 目录 (V)CONTENTS ........................................................................................................ .... VIII 第1章绪论 .. (1)1.1课题背景及研究的目的和意义 (1)1.2大功率隔离型双向DC/DC变换器的研究现状 (2)1.2.1 直流配电微网的发展现状 (2)1.2.2 大功率隔离型双向DC/DC变换器的多领域应用 (4)1.2.3 大功率隔离型双向DC/DC变换器的典型拓扑 (6)1.3CLLLC谐振型双向DC/DC变换器的研究热点与关键技术 (10)1.3.1 CLLLC谐振变换器的研究方法 (10)1.3.2 CLLLC谐振变换器的软开关技术 (14)1.3.3 CLLLC谐振变换器的效率提升技术 (15)1.3.4 CLLLC谐振变换器的软启动技术 (16)1.3.5 CLLLC谐振变换器的换向控制技术 (16)1.4本文的主要研究内容 (17)第2章CLLLC谐振变换器特性分析与性能改进设计 (19)2.1引言 (19)2.2CLLLC谐振变换器的工作特性分析 (20)2.2.1 工作机理分析 (20)2.2.2 谐振频率分析 (23)2.2.3 增益特性分析 (25)2.2.4 正反向运行的实验验证 (28)2.3功率器件寄生电容对CLLLC谐振变换器的特性影响分析 (33) 2.3.1 寄生电容对运行模态的影响分析 (33)2.3.2 寄生电容对工作波形的影响分析 (41)2.3.3 寄生电容对增益特性的影响分析 (43)2.4CLLLC谐振变换器的性能改进设计 (45)2.5改进参数设计方法的实验验证 (48)哈尔滨工业大学工学博士学位论文2.6本章小结 (52)第3章CLLLC谐振变换器Bang-Bang间歇模式控制 (53)3.1引言 (53)3.2CLLLC谐振变换器轻载运行时的间歇工作模式分析 (54)3.2.1 间歇模式的工作机理分析 (54)3.2.2 四种典型间歇模式控制策略的分析与比较 (55)3.3CLLLC谐振变换器的Bang-Bang间歇模式控制 (58)3.3.1 CLLLC谐振变换器的Bang-Bang电荷控制 (58)3.3.2 基于Bang-Bang电荷控制的间歇工作模式 (61)3.4Bang-Bang间歇模式控制的仿真与实验研究 (64)3.4.1 仿真研究 (64)3.4.2 实验研究 (67)3.5本章小结 (71)第4章CLLLC谐振变换器移相软启动控制 (72)4.1引言 (72)4.2CLLLC谐振变换器移相控制策略分析 (72)4.2.1 移相控制下运行模态分析 (72)4.2.2 移相控制下增益特性分析 (75)4.3基于移相控制的软启动控制策略 (80)4.4移相软启动控制的仿真与实验研究 (81)4.4.1 仿真研究 (81)4.4.2 实验研究 (85)4.5本章小结 (87)第5章CLLLC谐振变换器应用于直流微网系统研究 (88)5.1引言 (88)5.2CLLLC谐振变换器的换向运行控制策略 (88)5.2.1 含储能电池直流微网系统的功率流动情况分析 (88)5.2.2 基于模式判断的CLLLC谐振变换器换向控制策略 (90)5.2.3 模式判断换向控制方法的仿真验证 (93)5.3CLLLC谐振变换器应用于直流微网系统的实验验证 (97)5.3.1 含储能系统直流微网实验系统 (97)5.3.2 CLLLC谐振变换器样机实验平台 (98)5.3.3 实验结果分析 (99)5.4本章小结 (101)目录结论 (103)参考文献 (105)附录A 高频变压器设计 (117)攻读博士学位期间发表的论文及其它成果 (120)哈尔滨工业大学学位论文原创性声明和使用权限 (121)致谢 (122)个人简历 (123)哈尔滨工业大学工学博士学位论文ContentsAbstract (In Chinese)..............................................................................................?Abstra ct (In English).. (III)Chapter 1 Introduction (1)1.1 Background, objective and significance of the subject (1)1.2 Research status of high power isolated bidirectional DC/DC converter (2)1.2.1 Development status of DC distribution micro grid (2)1.2.2 Application fields of high power isolated bidirectional DC/DC converter (4)1.2.3 Typical topologies of high power isolated bidirectional DC/DC converter (6)1.3 Key technology of bidirectional CLLLC resonant DC/DC converter (10)1.3.1 Research methods of CLLLC resonant converter (10)1.3.2 Soft-switching of CLLLC resonant converter (14)1.3.3 Efficiency promotion of CLLLC resonant converter (15)1.3.4 Soft-starting of CLLLC resonant converter (16)1.3.5 Power flow conversion control of CLLLC resonant converter (16)1.4 Main research contents of this subject (17)Chapter 2 Operation characteristic analysis and performance improvements design of CLLLC resonant converter (19)2.1 Introduction (19)2.2 Operation characteristic analysis of CLLLC resonant converter (20)2.2.1 Work principle analysis of CLLLC resonant converter (20)2.2.2 Resonant frequency analysis of CLLLC resonant converter (23)2.2.3 Gain characteristic analysis of CLLLC resonant converter (25)2.2.4 Experimental calidation of the forward and reverse operation (28)2.3 Characteristic analysis of CLLLC resonant converter influenced by output capacitance of MOSFET (33)2.3.1 Operational modal analysis influenced by output capacitance of MOSFET (33)2.3.2 Work waveforms analysis influenced by output capacitance of MOSFET (41)2.3.3 Gain characteristic analysis influenced by output capacitance of MOSFET (43)2.4 Performance improvements design of CLLLC resonant converter (45)2.5 Experimental verification with improved parameter design (48)2.6 Brief summary (52)ContentsChapter 3 Research on the control of CLLLC resonant converter for burst mode (53)3.1 Introduction (53)3.2 Burst mode of CLLLC resonant converter at light load (54)3.2.1 Working principle of burst mode (54)3.2.2 Analysis and comparisons of four typical burst mode control (55)3.3 Bang-bang burst mode control of CLLLC resonant converter (58)3.3.1 Bang-bang charge control for CLLLC resonant converter (58)3.3.2 Burst mode control based on bang-bang charge control (61)3.4 Simulation and experiment analysis of Bang-Bang burst mode control (64)3.4.1 Simulation analysis (64)3.4.2 Experiment analysis (67)3.5 Brief summary (71)Chapter 4 Research on the control of CLLLC resonant converter for soft start-up (72)4.1 Introduction (72)4.2 Research on phase shift control of CLLLC resonant converter (72)4.2.1 Operation model analysis of phase shift control (72)4.2.2 Gain characteristic analysis of phase shift control (75)4.3 Soft starting control of CLLLC resonant converter based on phase shift control (80)4.4 Simulation and experiment analysis of phase shift soft-starting control (81)4.4.1 Simulation analysis (81)4.4.2 Experiment analysis (85)4.5 Brief summary (87)Chapter 5 Research on the application to DC micro grid system of CLLLC resonant converter (88)5.1 Introduction (88)5.2 Research on power flow transition control of CLLLC resonant converter (88)5.2.1 Power flow analysis of DC micro grid including energy storage system.885.2.2 Power flow transition control based on mode judgment (90)5.2.3 Simulation verification of power flow transition control based on mode judgment (93)5.3 Experimental verification of CLLLC resonant converter applied to DC micro grid system (97)5.3.1 DC micro grid experimental system including energy storage system (97)5.3.2 Experimental platform of CLLLC resonant converter protype (98)5.3.3 Experimental results analysis (99)5.4 Brief summary (101)哈尔滨工业大学工学博士学位论文Conclusions (103)References (105)Appendix A Design of high frequency transformer (117) Papers published in the period of Ph.D. education (120) Statement of copyright and Letter of authorization (121) Acknowledgements (122)Resume (123)。
双向全桥LLC谐振变换器的宽增益混合控制研究
文章编号:１００４－２８９Ｘ(２０２２)０４－００１３－０６基金项目:福建省自然科学基金项目(２０１８Ｊ０１７５６)ꎻ晋江市福大科教园区发展中心科研项目(２０１９－ＪＪＦＤＫＹ－４５)双向全桥ＬＬＣ谐振变换器的宽增益混合控制研究张鸿远ꎬ董纪清(福州大学电气工程与自动化学院ꎬ福建㊀福州㊀３５０１０８)摘㊀要:随着储能技术的不断发展ꎬ实现储能系统与直流电网能量交互的宽电压增益双向ＤＣ/ＤＣ变换器得到广泛研究ꎮ针对带辅助电感的双向全桥ＬＬＣ变换器ꎬ文章提出一种新的混合控制策略ꎬ该策略以谐振频率为切换点ꎬ在电压增益大于１时采用变频控制ꎬ在电压增益小于１时采用变频＋移相控制ꎮ混合控制下的变换器电压增益宽ꎬ频率变化范围小ꎬ在工作过程均实现零电压开通ꎬ具有较高的工作效率ꎮ最后文章通过设计一台输入７５Ｖ~１３０Ｖꎬ输出４００Ｖ的１ｋＷ实验样机验证理论的正确性ꎮ关键词:双向全桥ＬＬＣꎻ电压增益ꎻ零电压开通ꎻ混合控制中图分类号:ＴＮ６２４㊀㊀㊀㊀㊀文献标识码:ＢＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＨｙｂｒｉｄＣｏｎｔｒｏｌｏｆＷｉｄｅＶｏｌｔａｇｅＧａｉｎｏｆＢｉｌａｔｅｒａｌＦｕｌｌ￣ｂｒｉａｇｅＬＬＣＲｅｓｏｎａｎｃｅＣｏｎｖｅｒｔｅｒＺＨＡＮＧＨｏｎｇ￣ｙｕａｎꎬＤＯＮＧＪｉ￣ｑｉｎｇ(ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＡｕｔｏｍａｔｉｏｎꎬＦｕｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＦｕｚｈｏｕ３５０１０８ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:ＷｉｔｈｔｈｅｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｅｎｅｒｇｙｓｔｏｒａｇｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬｔｈｅｗｉｄｅｖｏｌｔａｇｅｇａｉｎｂｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌＤＣ/ＤＣｃｏｎｖｅｒｔｅｒｔｈａｔｒｅａｌｉｚｅｓｔｈｅｅｎｅｒｇｙｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｅｎｅｒｇｙｓｔｏｒａｇｅｓｙｓｔｅｍａｎｄＤＣｇｒｉｄｈａｓｂｅｅｎｗｉｄｅｌｙｓｔｕｄ￣ｉｅｄ.Ｆｏｒｔｈｅｂｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｆｕｌｌ￣ｂｒｉｄｇｅＬＬＣｃｏｎｖｅｒｔｅｒｗｉｔｈａｕｘｉｌｉａｒｙｉｎｄｕｃｔｏｒꎬｔｈｉｓｐａｐｅｒｐｒｏｐｏｓｅｓａｎｅｗｈｙｂｒｉｄｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙꎬｗｈｉｃｈｔａｋｅｓｔｈｅｒｅｓｏｎａｎｔｆｒｅｑｕｅｎｃｙａｓｔｈｅｓｗｉｔｃｈｉｎｇｐｏｉｎｔꎬａｄｏｐｔｓｖａｒｉａｂｌｅ￣ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｃｏｎｔｒｏｌｗｈｅｎｔｈｅｖｏｌｔ￣ａｇｅｇａｉｎｉｓｇｒｅａｔｅｒｔｈａｎ１ａｎｄｖａｒｉａｂｌｅ￣ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ＋ｐｈａｓｅ￣ｓｈｉｆｔｃｏｎｔｒｏｌｗｈｅｎｔｈｅｖｏｌｔａｇｅｇａｉｎｉｓｌｅｓｓｔｈａｎ１.Ｔｈｅｖｏｌｔ￣ａｇｅｇａｉｎｏｆｔｈｅｃｏｎｖｅｒｔｅｒｕｎｄｅｒｔｈｅｈｙｂｒｉｄｃｏｎｔｒｏｌｉｓｗｉｄｅꎬｔｈｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｖａｒｉａｔｉｏｎｒａｎｇｅｉｓｓｍａｌｌꎬａｎｄｔｈｅｚｅｒｏｖｏｌｔ￣ａｇｅｓｗｉｔｃｈｉｎｇｉｓａｃｈｉｅｖｅｄｉｎｔｈｅｗｏｒｋｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓꎬｗｈｉｃｈｈａｓｈｉｇｈｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ.Ｆｉｎａｌｌｙꎬｔｈｅａｒｔｉｃｌｅｖｅｒｉｆｉｅｓｔｈｅｃｏｒｒｅｃｔ￣ｎｅｓｓｏｆｔｈｅｔｈｅｏｒｙｂｙｄｅｓｉｇｎｉｎｇａ１ｋＷｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｐｒｏｔｏｔｙｐｅｗｉｔｈ７５Ｖ~１３０Ｖｉｎｐｕｔａｎｄ４００Ｖｏｕｔｐｕｔ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｂｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｆｕｌｌ￣ｂｒｉｄｇｅＬＬＣꎻｖｏｌｔａｇｅｇａｉｎꎻｚｅｒｏｖｏｌｔａｇｅｓｗｉｔｃｈｉｎｇꎻｈｙｂｒｉｄｃｏｎｔｒｏｌ１㊀引言随着新能源的发展和双碳目标的推进ꎬ与可再生能源互补发展的储能技术迎来了新机遇ꎮ双向ＤＣ/ＤＣ变换器是实现储能系统与直流电网能量双向流动的关键设备ꎬ其中ꎬ双有源全桥双向ＤＣ/ＤＣ变换器(ＤＡＢ)因其负载范围宽㊁软开关易实现㊁能量双向流动等优点被广泛应用ꎬ但其存在功率回流㊁环流损耗大㊁关断损耗高㊁软开关范围窄等问题[１]ꎮ㊀㊀为了改善ＤＡＢ的问题ꎬ谐振元件被广泛应用于ＤＣ/ＤＣ变换器ꎬ构成谐振型变换器ꎬ如ＬＣ㊁ＬＬＣ㊁ＣＬＬＣ型等双向ＤＣ/ＤＣ变换器ꎮ其中ＬＬＣ变换器最为常见ꎬ它有较宽的电压增益范围㊁可以减小环流损耗和关断损耗ꎬ避免功率回流ꎬ在全负载范围内实现软开关ꎬ但当反向输入时ꎬ变换器特性发生改变ꎬ只能工作于降压状态[２]ꎮ文献[３]在一次侧桥臂中点加入辅助电感ꎬ使变换器具有对称结构ꎬ从而令正向和反向电压增益相同ꎬ克服了ＬＬＣ变换器反向输入只能工作于降压状态的问题ꎬ但其对一次侧和二次侧开关管进行同步控制ꎬ输出端会产生回流功率ꎬ使得变换器电压增益范围变窄ꎮ文献[４]在文献[３]基础上运用同步不等宽的控制方法改善了电压增益范围较窄的问题ꎬ但控制方法较为复杂ꎮ文献[５]运用中心对称ＰＷＭ控制方法改善了电压增益范围较窄的问题ꎬ但存在功率回流的问题ꎮ文献[６]提出变频－移相控制拓宽了电压增益范围ꎬ控制简单ꎬ但当处于高压输入工作情况时ꎬ其移相角很大ꎬ造成关断损耗和环流损耗变大ꎮ㊀㊀为进一步提高变换器电压增益范围ꎬ提高变换器的工作效率ꎬ本文提出了一种混合控制策略ꎮ混合控制策略以谐振频率为切换点分为两部分ꎬ在电压增益大于１时采用变频控制ꎬ在电压增益小于１时采用变频＋移相控制ꎮ该控制策略可拓宽变换器的电压增益范围ꎬ同时在增益范围内实现零电压开通(ＺｅｒｏＶｏｌｔａｇｅＳｗｉｔｃｈｉｎｇꎬＺＶＳ)ꎬ控制简单ꎬ易于实现ꎮ相对于移相控制ꎬ混合控制为实现增益所需的移相角较小ꎬ减小了移相带来的环流损耗ꎬ相对于变频控制ꎬ缩小了变换器频率变化范围ꎬ有利于磁性元件的设计ꎮ２㊀变换器电路拓扑图１㊀双向全桥ＬＬＣ变换器㊀㊀带辅助电感的双向全桥ＬＬＣ变换器电路拓扑如图１所示ꎬ开关管Ｑ１~Ｑ４构成一次侧全桥网络ꎬ谐振电感Ｌｒꎬ谐振电容Ｃｒꎬ变压器Ｔｘ的励磁电感Ｌｍ１ꎬ辅助电感Ｌｍ２构成谐振网络ꎬ开关管Ｑ５~Ｑ８构成二次侧全桥网络ꎬＤｑ１~Ｄｑ８为开关管的体二极管ꎬＣｑ１~Ｃｑ８为Ｑ１~Ｑ８寄生电容ꎬＣ１㊁Ｃ２为滤波电容ꎮ㊀㊀加在一次侧桥臂中点的辅助电感Ｌｍ２ꎬ改善了双向ＬＬＣ反向输入电压增益范围小的问题[３]ꎮ当Ｌｍ１与Ｌｍ２感值相同时ꎬ变换器正向功率输入与反向功率输入情况相同ꎬ电压增益相同ꎬ因此本文以正向功率输入为例进行分析ꎮ３㊀混合控制原理及其特性分析㊀㊀双向ＬＬＣ常见的控制方法有变频控制㊁同步控制㊁移相控制ꎮ在电压增益大于１时ꎬ变频控制可以达到较大的电压增益ꎬ而同步控制因为存在功率回流问题ꎬ使得增益较小[３]ꎮ在电压增益小于１时ꎬ变频控制和同步控制对增益的调节十分有限ꎬ而移相控制可以通过调节移相角产生较小的电压增益ꎬ但相对于其他控制ꎬ移相角会产生较大的环流损耗ꎬ效率相对较低ꎮ为了减小移相角同时又满足增益要求ꎬ文章在变频控制的基础上加入移相控制ꎬ相对于单一的移相控制ꎬ减小了移相角的大小ꎬ从而提高变换器的效率ꎮ综上考虑ꎬ文章采用变频控制和变频＋移相控制的混合控制策略ꎬ在电压增益大于１时采用变频控制ꎬ在电压增益小于１时采用变频＋移相控制ꎮ本节将对混合控制的变频控制和变频＋移相控制原理及增益特性进行详细分析ꎮ３ １㊀变频控制原理㊀㊀变频控制是通过改变一次侧开关管的开关频率来调节输出电压ꎬ二次侧开关管的体二极管作为整流网络ꎮ根据开关频率ｆｓ与谐振频率ｆｒ的关系可分为ｆｓ<ｆｒꎬｆｓ＝ｆｒꎬｆｓ>ｆｒ三种情况ꎬ其中ｆｒ＝１２πＬｒＣｒꎮ当电压增益大于１时ꎬ变换器工作于 ｆｓ<ｆｒ 的情况ꎮ㊀㊀以正向功率输入且ｆｓ<ｆｒ为例ꎬ此时工作波形如图２所示ꎮ以半个工作周期为例ꎬ其工作状态可分为以下四个模态:㊀㊀[ｔ０之前]:Ｑ２和Ｑ３处于导通状态ꎬＱ１和Ｑ４处于关断状态ꎬＬｍ１与Ｌｒ㊁Ｃｒ谐振ꎬ此时谐振电流ｉＬｒ与励磁电流ｉＬｍ１相等ꎬＱ５~Ｑ８都处于关断状态ꎬ由滤波电容Ｃ２维持二次侧电压Ｖ２ꎮＬｍ２被桥臂中点电压ＶＡＢ钳位ꎬ其电流ｉＬｍ２线性下降ꎮ㊀㊀[ｔ０~ｔ１]:ｔ０时刻ꎬＱ２和Ｑ３关断ꎬ变换器进入死区状态ꎬ此时ｉＬｍ２与ｉＬｒ共同构成的桥臂中点电流ｉＡＢ为一次侧开关管Ｑ１和Ｑ４的寄生电容放电ꎬ使其两端电压下降为０ꎬ同时ｉＡＢ为Ｑ２和Ｑ３的寄生电容充电ꎬ使其两端电压为上升为Ｖ１ꎮ㊀㊀[ｔ１~ｔ２]:ｔ１时刻ꎬＱ１和Ｑ４零电压开通ꎬＬｒ与Ｃｒ谐振ꎬＬｍ１被二次侧电压ｎＶ２钳位ꎬｉＬｍ１线性上升ꎮＬｍ２被ＶＡＢ钳位ꎬ其电流ｉＬｍ２线性上升ꎮ二次侧桥臂中点电流ｉＣＤ经Ｑ５和Ｑ８的体二极管Ｄｑ５和Ｄｑ８为滤波电容Ｃ２和二次侧负载提供电流ꎮ㊀㊀[ｔ２~ｔ３]:ｔ２时刻谐振电流ｉＬｒ与励磁电流ｉＬｍ１相等ꎬＬｍ与Ｌｒ㊁Ｃｒ谐振ꎬ因Ｌｍ大于Ｌｒꎬ故电流变化不明显ꎬ此时二次侧电流为０ꎬ不再向Ｃ２和二次侧负载提供电流ꎬＤｑ５和Ｄｑ８零电流关断ꎮ㊀㊀ｔ３之后Ｑ１和Ｑ４关断ꎬ变换器进入后半个工作周期ꎬ其工作状况与之前情况相似ꎬ不再赘述ꎮ图２㊀变频控制工作波形３ ２㊀变频控制的电压增益分析图３㊀基波等效电路㊀㊀由于辅助电感的存在ꎬ变频控制下的变换器无论正向工作还是反向工作ꎬ都与传统的ＬＬＣ谐振变换器原理相同ꎮ通过基波分析法(ＦｕｎｄａｍｅｎｔａｌＨａｒ￣ｍｏｎｉｃＡｐｐｒｏｘｉｍａｔｉｏｎꎬＦＨＡ)可得到其电压增益公式ꎬ变换器的基波等效电路如图３(ａ)所示ꎬ其正向功率输入和反向功率输入时的基波等效电路分别如图３(ｂ)和图３(ｃ)所示ꎮ㊀㊀定义变换器电压增益为二次侧电压Ｖ２折算至一次侧的电压与一次侧电压Ｖ１的比值ꎬ如式(１)所示ꎮ㊀㊀Ｇ＝ｎＶ２Ｖ１(１)㊀㊀以正向功率输入为例ꎬ在变频控制下其电压增益表达式Ｇ为:Ｇ＝１１＋１ｋ(１－１ｆ２)[]２＋Ｑ (ｆ－１ｆ)[]２(２)㊀㊀其中ｋ＝Ｌｍ１ＬｒꎬＱ＝Ｌｒ/ＣｒＲａｃꎬＲａｃ＝８ｎ２π２Ｒｏꎬｆ＝ｆｓ/ｆｒꎮ㊀㊀对于变换器的一次侧开关管来说ꎬ要实现软开关ꎬ需满足在死区时间内ꎬ流过开关管的桥臂中点电流ｉＡＢ足以把开关管的电荷全部抽出ꎬ完成开关管寄生电容的充放电ꎮ假设ｉＡＢ(ｔ)在死区时间Ｔｄ内不再变化ꎬ一次侧开关管寄生电容皆为Ｃｑꎬ则满足式(３)就可实现软开关ꎮ㊀㊀ｉＡＢ(ｔｄ)Ｔｄȡ２ＣｑＶ１(３)㊀㊀ｉＡＢ电流等于谐振电流ｉｒ与辅助电感的电流ｉＬｍ２的和ꎬ而在死区时刻谐振电流ｉｒ大于等于励磁电流ｉＬｍ１ꎬ故死区时间内ｉＡＢ(ｔｄ)简化为下式ꎮｉＡＢ(ｔｄ)ȡｉＬｍ１＋ｉＬｍ２(４)㊀㊀ｉＬｍ１的表达式为:㊀㊀ｉＬｍ１＝ｎＶ２４Ｌｍ１ｆｓ(５)㊀㊀ｉＬｍ２的表达式为:㊀㊀ｉＬｍ２＝Ｖ１４Ｌｍ２ｆｓ(６)㊀㊀为了使变换器正向工作和反向工作电压增益相同ꎬ令励磁电感的值与辅助电感相等ꎬ即Ｌｍ１＝Ｌｍ２ꎮ㊀㊀由式(３)~(６)可得变换器在变频控制下软开关条件为:㊀㊀Ｌｍ１ɤ(１＋Ｇ)Ｔｄ８Ｃｑｆｓ(７)㊀㊀其中Ｇ＝ｎＶ２Ｖ１ꎮ３ ３㊀变频＋移相控制原理㊀㊀为了实现变换器较小的电压增益ꎬ同时又有较高的效率ꎬ文中在变频控制的基础上加入移相控制ꎬ在这种控制策略下ꎬ变换器通过调节一次侧开关管的开关频率和移相角来调节输出电压ꎬ二次侧开关管的体二极管作为整流网络ꎬ此时变换器工作于 ｆｓ>ｆｒ 的情况ꎮ㊀㊀ｆｓ>ｆｒ时的变频＋移相控制工作波形如图４所示ꎬ其前半个周期的工作状态可分为以下六个模态:㊀㊀[ｔ０之前]:Ｑ１和Ｑ２处于导通状态ꎬＱ３和Ｑ４处于关断状态ꎬＬｍ１与Ｌｒ㊁Ｃｒ谐振ꎬ此时谐振电流ｉＬｒ与励磁电流ｉＬｍ１相等ꎬ且方向为负ꎬ电流经过Ｑ１和Ｑ２形成环流ꎬＱ５~Ｑ８都处于关断状态ꎬ由滤波电容Ｃ２维持二次侧电压Ｖ２ꎮＬｍ２两端电压为０ꎬ故ｉＬｍ２可近似认为不再变化ꎮ图４㊀混合控制工作波形㊀㊀[ｔ０~ｔ１]:ｔ０时刻Ｑ１处于导通状态ꎬＱ２~Ｑ４都处于关断状态ꎬ此时ｉＬｍ２与ｉｒ共同构成的桥臂中点电流ｉＡＢ为一次侧开关管Ｑ４的寄生电容Ｃｑ４放电ꎬ使其两端电压下降为０ꎬ同时ｉＡＢ为Ｑ２的寄生电容Ｃｑ２充电ꎬ使其两端电压上升为Ｖ１ꎮ㊀㊀[ｔ１~ｔ２]:ｔ１时刻Ｑ４零电压开通ꎬＬｒ与Ｃｒ谐振ꎬＬｍ１被二次侧电压ｎＶ２钳位ꎬｉＬｍ１线性上升ꎮＬｍ２被ＶＡＢ钳位ꎬ其电流ｉＬｍ２线性上升ꎮ二次侧桥臂中点电流ｉＣＤ经Ｑ５和Ｑ８的体二极管Ｄｑ５和Ｄｑ８为滤波电容Ｃ２和二次侧负载提供电流ꎮ㊀㊀[ｔ２~ｔ３]:ｔ２时刻Ｑ１关断ꎬＱ４仍处于导通状态ꎬｉＡＢ为Ｑ３的寄生电容Ｃｑ３放电ꎬ使其两端电压下降为０ꎬ同时ｉＡＢ为Ｑ１的寄生电容Ｃｑ１充电ꎬ使其两端电压上升为Ｖ１ꎮ谐振电流ｉＬｒ在这一阶段不断减小ꎬ但ｉＬｒ仍大于励磁电流ｉＬｍ１ꎬ故仍有电流传递到二次侧ꎮＬｍ１被二次侧电压ｎＶ２钳位ꎬｉＬｍ１线性上升ꎬＬｍ２两端电压为０ꎬｉＬｍ２可近似认为不再变化ꎮ㊀㊀[ｔ３~ｔ４]:ｔ３时刻Ｑ３零电压开通ꎬ此时ＶＡＢ为０ꎬ与上一模态相似ꎬ谐振电流ｉＬｒ继续减小ꎬｉＬｍ１线性上升ꎬｉＬｍ２可近似认为不再变化ꎮ㊀㊀[ｔ４~ｔ５]:ｔ４时刻ꎬＱ３和Ｑ４处于导通状态ꎬＱ１和Ｑ２处于关断状态ꎬＬｍ１与Ｌｒ㊁Ｃｒ谐振ꎬ此时谐振电流ｉＬｒ与励磁电流ｉＬｍ１相等ꎬ故Ｑ５~Ｑ８都处于关断状态ꎬ由滤波电容Ｃ２维持二次侧电压Ｖ２ꎮＬｍ２因两端电压为０ꎬｉＬｍ２可近似认为不再变化ꎮ㊀㊀ｔ５之后Ｑ４关断ꎬ变换器进入后半段工作周期ꎬ其工作状况与之前情况相似ꎬ不再赘述ꎮ㊀㊀若变换器有较大的移相角ꎬ会使图４中ｔ４~ｔ６阶段和ｔ７~ｔ８阶段在一个周期中所占的比例加大ꎬ使得变换器的损耗增加ꎬ效率降低ꎮ３ ４㊀变频＋移相控制的电压增益分析㊀㊀当变换器采用变频＋移相控制时ꎬ开关频率和移相角共同影响着变换器的电压增益ꎬ用占空比Ｄ来表示移相角的大小ꎬ定义:Ｄ＝Ｔｏｎ/(Ｔｓ/２)＝２Ｔｏｎ/ＴｓꎬＴｏｎ指在半个开关周期里对角开关管同时开通的时间ꎬ如图４所示ꎮ㊀㊀以正向为例ꎬ通过基波分析法和傅里叶展开可得到变频＋移相控制下基波有效分量为:㊀㊀ＶᶄＡＢ＝２２πＶ１ｓｉｎ(Ｄπ２)(８)㊀㊀二次侧桥臂中点电压ＶＣＤ在变频＋移相控制下的基波有效分量与变频控制相同ꎬ为:㊀㊀ＶＣＤ＝２２πｎＶ２(９)㊀㊀变频＋移相控制下的交流等效电阻为:㊀㊀Ｒᶄａｃ＝４ｎ２(１－ｃｏｓ(Ｄπ))π２Ｒｏ(１０)㊀㊀由(９)~(１０)式可得变频＋移相控制下变换器的电压增益表达式:㊀㊀Ｇᶄ＝ｓｉｎ(Ｄπ２)１＋１ｋ(１－１ｆ２)[]２＋[２１－ｃｏｓ(Ｄπ) Ｑ (ｆ－１ｆ)]２(１１)㊀㊀根据表达式可绘制出ｆｓ>ｆｒ时的电压增益曲线如图５所示ꎬ其中ꎬＤ为变量ꎬｋꎬＱ为固定参数ꎬ分别取ｋ＝４ꎬＱ＝０ ４ꎮ图５㊀变频＋移相电压增益曲线㊀㊀根据以上分析ꎬ相对于单一的移相控制ꎬ在满足增益的条件下ꎬ变频＋移相控制可以通过频率的调节ꎬ减小移相角的大小ꎬ从而减小环流的损耗ꎬ提高变换器的效率ꎻ相对于单一的变频控制ꎬ变频＋移相控制的频率变化范围较小ꎬ降低了磁性元件的设计难度ꎮ㊀㊀同样ꎬ变频＋移相控制下的变换器要实现软开关ꎬ也需满足式(３)ꎮ㊀㊀变频＋移相控制下ｉＬｍ１的表达式为:㊀㊀ｉＬｍ１＝ｎＶ２Ｄ４Ｌｍ１ｆｓ(１２)㊀㊀变频＋移相控制下ｉＬｍ２的表达式为:㊀㊀ｉＬｍ２＝Ｖ１Ｄ４Ｌｍ２ｆｓ(１３)㊀㊀将式(１２)㊁(１３)带入式(３)可得变换器在变频＋移相控制下软开关条件为:㊀㊀Ｌｍ１ɤ(１＋Ｇ)ＤＴｄ８Ｃｑｆｓ(１４)３ ５㊀混合控制策略的实现㊀㊀基于以上分析ꎬ文章提出的混合控制策略ꎬ以谐振频率ｆｒ为切换点ꎬ当ｆｓ<ｆｒ时ꎬ即电压增益大于１时ꎬ采用变频控制ꎻ当ｆｓ>ｆｒ时ꎬ即增益小于１时ꎬ采用变频＋移相控制ꎮ由式(２)和式(１１)可以得到混合控制策略下变换器电压增益为:㊀㊀Ｇ＝１１＋１ｋ(１－１ｆ２)[]２＋Ｑ (ｆ－１ｆ)[]２ꎬｆｓɤｆｒｓｉｎ(Ｄπ２)１＋１ｋ(１－１ｆ２)[]２＋２１－ｃｏｓ(Ｄπ) Ｑ (ｆ－１ｆ)[]２ꎬｆｓ>ｆｒìîíïïïïïïïï(１５)㊀㊀根据电压增益表达式可绘制混合控制的增益曲线ꎬ如图６所示ꎬ其中ꎬｋꎬＱ为固定参数ꎬ分别取ｋ＝４ꎬＱ＝图６㊀混合控制电压增益曲线㊀㊀以ＤＳＰ为例ꎬ具体控制流程图如图７所示ꎮＤＳＰ进入中断后进行输出电压Ｖｏ采样ꎬ计算电压误差Ｖｆꎬ并利用ＰＩ计算出开关频率ｆｓꎬ若ｆｓ<ｆｒꎬ移相角θ清零ꎬ若ｆｓ>ｆｒꎬ利用ＰＩ计算出移相角θꎬ随后将计算所得的值加载给控制器ꎬ实现电压的调节ꎮ４㊀实验验证㊀㊀为验证文章所提方法的正确性ꎬ搭建了一台１ｋＷ双向全桥ＬＬＣ变换器实验样机ꎬ一次侧为储能系统输入端ꎬ输入电压为７５~１３０Ｖꎬ二次侧为直流电网输入端ꎬ输入电压为４００Ｖꎮ带辅助电感的双向全桥ＬＬＣ谐振参数的优化设计可完全参照传统ＬＬＣ变换器ꎬ样机参数为:Ｌｒ＝７ ６μＨꎬＬｍ１＝３０ ４μＨꎬＬｍ２＝３１μＨꎬＣｒ＝３３０ｎＦꎬ变压器匝比ｎʒ１＝１/４ꎬ开关管Ｑ１~Ｑ４型号为ＩＰＰ１１０Ｎ２０Ｎ３ꎬ开关管Ｑ５~Ｑ８型号为ＵＦ３Ｃ０６５０８０Ｋ３Ｓꎮ图７㊀控制流程图㊀㊀图８是变换器正向工作满载波形ꎬ由图８(ａ)可知ꎬ一次侧输入７５Ｖ㊁二次侧输出４００Ｖ时变换器工作在变频状态ꎬ在Ｑ４导通前ꎬＶｄｓ４已降为０ꎬ实现了ＺＶＳꎬ但由于满载下关断电流较大ꎬ使Ｖｄｓ４在Ｑ４关断时存在尖峰ꎮ由图８(ｂ)可知ꎬ一次侧输入１３０Ｖ㊁二次侧输出４００Ｖ时ꎬ变换器工作在变频＋移相控制状态ꎬ此时ｆｓ>ｆｒꎬ由于移相角的存在ꎬ桥臂中点电压ＶＡＢ出现零电压平台ꎬ移相角相对较小ꎬ且开关管实现了ＺＶＳꎮ图８㊀正向功率输入工作波形㊀㊀图９是变换器反向工作满载波形ꎬ由图９(ａ)可知ꎬ二次侧输入４００Ｖ㊁一次侧输出１３０Ｖ时变换器工图９㊀反向功率输入工作波形作在变频控制状态ꎬ此时ｆｓ<ｆｒꎬ开关管实现了ＺＶＳꎮ由图９(ｂ)可知ꎬ二次侧输入４００Ｖ㊁一次侧输出７５Ｖ时ꎬ变换器工作在混合控制状态ꎬ此时ｆｓ>ｆｒꎬ由于移相角的存在ꎬ桥臂中点电压ＶＣＤ出现零电压平台ꎬ移相角相对较小ꎬ且开关管实现了ＺＶＳꎮ㊀㊀图１０给出了变换器在不同一次侧电压下正向和反向工作的满载效率曲线ꎮ实测变换器正向工作峰值效率是９６ ６％ꎬ反向工作峰值效率是９７ ３％ꎮ变换器开关频率变化范围为７１~１２６ｋＨｚꎬ频率变化范围小ꎬ易于磁性元件设计ꎮ图１０㊀满载效率曲线５㊀结论㊀㊀本文详细分析了带辅助电感的双向全桥ＬＬＣ的工作原理和特性ꎬ提出了一种混合控制策略ꎬ给出了控制策略的实现方法ꎬ最后通过搭建１ｋＷ的实验样机ꎮ经过实验验证ꎬ在混合控制策略下的实验样机有以下特性:①具有宽泛的电压增益范围ꎬ适用于储能系统与直流电网的能量交互ꎻ②在输入电压范围内开关管实现了ＺＶＳꎬ变换器工作效率高ꎬ峰值效率达到９７ ３％ꎻ③混合控制中的变频＋移相控制改善了移相控制移相角过大的问题ꎻ④频率变化范围小ꎬ易于磁性元件设计ꎻ⑤控制方法简单ꎬ易于实现ꎮ参考文献[１]㊀ＬｉＸꎬＬｉＹＦ.ＡｎＯｐｔｉｍｉｚｅｄＰｈａｓｅ￣ＳｈｉｆｔＭｏｄｕｌａｔｉｏｎＦｏｒＦａｓｔＴｒａｎ￣ｓｉｅｎｔＲｅｓｐｏｎｓｅｉｎａＤｕａｌ￣Ａｃｔｉｖｅ￣ＢｒｉｄｇｅＣｏｎｖｅｒｔｅｒ[Ｊ].ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＰｏｗｅｒＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓꎬ２０１４ꎬ２９(６):２６６１－２６６５.[２]㊀ＬｉｕＪꎬＺｈａｎｇＪꎬＺｈｅｎｇＴＱꎬｅｔａｌ.ＡＭｏｄｉｆｉｅｄＧａｉｎＭｏｄｅｌａｎｄｔｈｅＣｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇＤｅｓｉｇｎＭｅｔｈｏｄｆｏｒａｎＬＬＣＲｅｓｏｎａｎｔＣｏｎｖｅｒｔｅｒ[Ｊ].ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＰｏｗｅｒＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓꎬ２０１７ꎬ３２(９):６７１６－６７２７.[３]㊀ＪｉａｎｇＴꎬＣｈｅｎＸꎬＺｈａｎｇＪꎬｅｔａｌ.ＢｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌＬＬＣｒｅｓｏｎａｎｔｃｏｎ￣ｖｅｒｔｅｒｆｏｒｅｎｅｒｇｙｓｔｏｒａｇｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ[Ｃ].ＡｐｐｌｉｅｄＰｏｗｅｒＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＣｏｎ￣ｆｅｒｅｎｃｅ(ＡＰＥＣ).ＩＥＥＥꎬ２０１３.[４]㊀ＪｉａｎｇＴꎬＺｈａｎｇＪꎬＷｕＸꎬｅｔａｌ.ＡＢｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌＬＬＣＲｅｓｏｎａｎｔＣｏｎ￣ｖｅｒｔｅｒＷｉｔｈＡｕｔｏｍａｔｉｃＦｏｒｗａｒｄａｎｄＢａｃｋｗａｒｄＭｏｄｅＴｒａｎｓｉｔｉｏｎ[Ｊ].ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＰｏｗｅｒＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓꎬ２０１５ꎬ３０(２):７５７－７７０.[５]㊀鹿麒ꎬ郝瑞祥ꎬ王帅.基于变频与中心对称ＰＷＭ控制的双向ＤＣ/ＤＣ变换器[Ｊ].电力电子技术ꎬ２０２１ꎬ５５(１):８７－９０＋９４.[６]㊀陶文栋ꎬ王玉斌ꎬ张丰一ꎬ等.双向ＬＬＣ谐振变换器的变频－移相控制方法[Ｊ].电工技术学报ꎬ２０１８ꎬ３３(２４):５８５６－５８６３.收稿日期:２０２２－０２－２４作者简介:张鸿远(１９９６－)ꎬ男ꎬ工学硕士ꎬ主要从事电力电子变流技术研究工作ꎮ。
《基于LLC谐振的双向全桥DC-DC变换器的研究》范文
《基于LLC谐振的双向全桥DC-DC变换器的研究》篇一一、引言随着电力电子技术的不断发展，DC-DC变换器作为电力转换的核心设备，其性能和效率成为了研究的重点。
双向全桥DC-DC 变换器作为一种能够实现能量双向流动的变换器，在电动汽车、不间断电源、储能系统等领域有着广泛的应用。
而LLC谐振技术因其高效率、低应力等优点，被广泛应用于高频开关电源中。
因此，基于LLC谐振的双向全桥DC-DC变换器的研究具有重要的理论意义和实际应用价值。
二、LLC谐振技术概述LLC谐振技术是一种适用于DC-DC变换器的高效能量传输技术。
它利用电容、电感和谐振电路之间的耦合作用，使变换器能够在较高的频率下工作，从而实现高效率的能量传输。
LLC谐振变换器具有软开关特性，能够降低开关损耗和电磁干扰，提高系统的可靠性。
三、双向全桥DC-DC变换器的工作原理双向全桥DC-DC变换器是一种能够实现能量双向流动的变换器。
它通过控制开关管的通断，实现能量的传递和回收。
在正向工作时，能量从输入端传递到输出端；在反向工作时，能量从输出端回收并传递回输入端。
双向全桥DC-DC变换器具有高效率、高功率密度、灵活的能量管理等特点。
四、基于LLC谐振的双向全桥DC-DC变换器的设计与分析针对传统双向全桥DC-DC变换器的缺点，我们提出了基于LLC谐振的双向全桥DC-DC变换器。
该变换器利用LLC谐振技术的高效能量传输特性和软开关特性，提高了系统的效率和可靠性。
我们详细分析了该变换器的工作原理、电路结构、参数设计等方面。
首先，我们设计了基于LLC谐振的双向全桥DC-DC变换器的电路结构。
该电路由输入电源、两个全桥电路、LLC谐振电路和输出负载等部分组成。
其中，LLC谐振电路由电容、电感和开关管组成，实现了能量的高效传输和软开关特性。
其次，我们进行了参数设计。
根据应用需求和系统要求，我们确定了主要参数如输入电压、输出电压、开关频率等。
同时，我们还进行了仿真分析，验证了设计方案的可行性和正确性。
《基于LLC谐振的双向全桥DC-DC变换器的研究》范文
《基于LLC谐振的双向全桥DC-DC变换器的研究》篇一一、引言随着电力电子技术的快速发展，DC-DC变换器在电力系统中扮演着越来越重要的角色。
其中，基于LLC（L-C-C）谐振的双向全桥DC-DC变换器因其高效率、低损耗、宽范围调压等优点，受到了广泛关注。
本文旨在深入研究基于LLC谐振的双向全桥DC-DC变换器的原理、特性和设计方法。
二、LLC谐振技术概述LLC谐振技术是一种广泛应用于DC-DC变换器的技术，其核心在于通过电感、电容和电容之间的谐振来实现高效能量传输。
LLC谐振电路由一个谐振电感、两个谐振电容和负载组成，能够实现在不同输入电压和负载条件下，输出稳定的电压和电流。
此外，LLC谐振电路具有较低的导通损耗和较高的效率，适用于高功率应用。
三、双向全桥DC-DC变换器结构基于LLC谐振的双向全桥DC-DC变换器由两个全桥电路组成，分别连接在输入和输出端。
通过控制开关管的通断，实现能量的双向传输。
该变换器具有以下特点：1. 高效率：由于采用LLC谐振技术，能量传输效率高。
2. 宽范围调压：通过调整谐振参数，可实现宽范围调压。
3. 双向性：可实现能量的双向传输，适用于电池充放电等应用。
四、工作原理与特性分析基于LLC谐振的双向全桥DC-DC变换器的工作原理主要涉及开关管的通断控制和能量的传输过程。
当开关管按照一定规律通断时，会在输入端和输出端之间形成谐振电流，从而实现能量的传输。
在分析该变换器的特性时，需考虑以下因素：1. 电压增益：通过调整开关管通断时间和谐振参数，实现不同电压增益的需求。
2. 软开关特性：LLC谐振电路具有软开关特性，可降低开关损耗。
3. 效率与损耗：分析在不同工作条件下，变换器的效率和损耗情况。
五、设计与优化方法针对基于LLC谐振的双向全桥DC-DC变换器的设计，需考虑以下因素：1. 参数设计：包括谐振电感、谐振电容和开关管的选择与计算。
2. 控制策略：根据应用需求，设计合适的开关管通断控制策略。
双向DCDC变换器的设计与研究
双向DCDC变换器的设计与研究一、本文概述随着电力电子技术的飞速发展，双向DC-DC变换器作为一种高效、灵活的电能转换装置，在电动汽车、可再生能源系统、微电网等领域得到了广泛应用。
本文旨在全面介绍双向DC-DC变换器的设计原理、关键技术以及最新研究进展，以期为相关领域的科研人员和工程师提供有益的参考和启示。
本文将首先概述双向DC-DC变换器的基本原理和分类，包括其拓扑结构、控制方式和工作原理等。
在此基础上，重点探讨双向DC-DC 变换器的关键设计技术，如高效率转换技术、宽输入电压范围技术、快速动态响应技术等。
同时，分析双向DC-DC变换器在实际应用中面临的挑战和解决方案，如电磁干扰、热设计、可靠性等问题。
本文还将综述近年来双向DC-DC变换器的研究热点和发展趋势，包括新型拓扑结构、智能化控制策略、高效散热技术等方面的研究进展。
通过对这些研究内容的深入分析和总结，旨在为未来双向DC-DC 变换器的设计优化和应用拓展提供有益的思路和方向。
本文还将对双向DC-DC变换器的未来发展趋势进行展望，以期推动该领域的技术进步和应用发展。
二、双向DCDC变换器的基本原理与分类双向DCDC变换器是一种能量转换装置，能够在两个不同电压等级之间实现电能的双向流动。
其基本原理和分类对于深入理解和应用该变换器具有重要意义。
双向DCDC变换器的基本工作原理基于电能的转换和传递。
它通过控制开关管的通断，将输入端的直流电能转换为高频交流电能，再通过滤波电路将其转换为输出端的直流电能。
在这个过程中，变换器不仅实现了电能的电压变换，还实现了电能的双向流动。
当变换器工作于正向模式时，它从低压侧吸收电能，经过变换后向高压侧输出电能；当变换器工作于反向模式时，它从高压侧吸收电能，经过变换后向低压侧输出电能。
这种双向流动的特性使得双向DCDC变换器在能量管理、储能系统、电动汽车等领域具有广泛的应用前景。
根据不同的分类标准，双向DCDC变换器可以分为多种类型。
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CLLC谐振型双向DC-DC变换器的研究与设计
CLLC谐振型双向DC-DC变换器的研究与设计
一、引言
随着电力电子技术的快速发展和电能需求的增加，双向变换器在能量转换和电力传输的过程中扮演着重要的角色。
双向DC-DC变换器是一种能够实现能量的双向传输和双向控制的电力
转换装置。
CLLC（Capacitor-Inductor-Capacitor）谐振型双向DC-DC变换器因其具有低开关损耗、高效率、小体积等优点，逐渐成为研究的热点。
二、CLLC谐振型双向DC-DC变换器原理
CLLC谐振型双向DC-DC变换器由两个桥臂组成，每个桥臂上
分别有一个磁性元件和一个电容。
变换器通过控制开关管的开关状态，实现能量在两侧的双向传输。
具体来说，当开关状态改变时，交流电源会将能量传输到电容器和磁性元件中。
当能量需要从输出端传输到输入端时，电容和磁性元件从能量储能状态转变为能量释放状态。
CLLC谐振型双向DC-DC变换器的
主要特点可以归结为：流通电流小、电压应力低、效率高等。
三、CLLC谐振型双向DC-DC变换器的关键问题与设计要
点
1. 谐振频率设计
CLLC谐振型双向DC-DC变换器在工作时采用谐振方式，因此
谐振频率的选择至关重要。
合适的谐振频率可以有效降低开关损耗和电磁干扰。
设计中需要考虑到输入电压范围、输出电流等因素，通过合理选择电容器和磁性元件的参数来确定谐振频率。
2. 控制策略设计
CLLC谐振型双向DC-DC变换器的控制策略对其工作稳定性和
效率有着重要影响。
常见的控制策略包括：电流控制、电压控制、模型预测控制等。
根据具体应用场景，选择合适的控制策略可以提高系统的性能。
3. 开关管和磁性元件的选择
开关管的选择需要考虑到其承受的电压和电流大小，以及开关速度等因素。
磁性元件（如电感器、变压器等）的选择需要满足谐振频率要求、承受电流和电压的能力，并尽量减小磁性元件的体积和重量。
四、CLLC谐振型双向DC-DC变换器设计实例
以某电动汽车充电桩充电器为例，设计一个具有高效率、小体积的CLLC谐振型双向DC-DC变换器。
1. 系统参数确定
根据电动汽车充电需求和实际应用场景，确定输入电压范围、输出电流等参数。
2. 谐振频率选择
根据系统参数，选择合适的谐振频率。
结合电容和电感的参数来计算并确定谐振频率。
3. 控制策略设计
根据实际情况选择合适的控制策略，例如采用电压控制策略，通过监测输入输出端的电压来动态调节开关管的状态。
4. 开关管和磁性元件的选择
根据电流和电压要求，选择合适承受能力的开关管和磁性元件，并结合谐振频率要求来确定其参数。
5. 电路布局和PCB设计
根据系统参数和电路要求，进行电路布局和PCB设计，保证信号传输的稳定性和可靠性。
6. 仿真和实验验证
通过电路仿真和实验验证，检验设计的CLLC谐振型双向DC-
DC变换器的性能是否满足要求。
五、结论
CLLC谐振型双向DC-DC变换器因其具有低开关损耗、高效率、小体积等优点，逐渐成为研究的热点。
设计一个高效率、小体积的CLLC谐振型双向DC-DC变换器需要综合考虑谐振频率的
选择、控制策略的设计、开关管和磁性元件的选择等因素。
本文以某电动汽车充电桩充电器为例，介绍了一种CLLC谐振型
双向DC-DC变换器的设计过程，为类似应用场景下的变换器设计提供了一定的参考依据
通过本文对CLLC谐振型双向DC-DC变换器的设计过程的
介绍，我们可以得出以下结论。
CLLC谐振型双向DC-DC变换
器具有低开关损耗、高效率和小体积等优点，因此在电动汽车充电桩充电器等应用场景中具有广泛的应用前景。
在设计过程中，需要综合考虑谐振频率选择、控制策略设计、开关管和磁性元件的选择以及电路布局和PCB设计等因素。
通过仿真和实验验证，可以确保设计的CLLC谐振型双向DC-DC变换器的性
能满足要求。
本文的设计过程为类似应用场景下的变换器设计提供了一定的参考依据。