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交错并联LLC谐振变换器的磁集成均流特性研究

2024-02-02 10:23:58 来源:电子变压器与电感网 点击:9041
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作为一种隔离型DC/DC变换器,LLC谐振变换器具有自然软开关特性,可以在较宽的输入电压和全负载范围内实现原边开关管的零电压开通(ZVS,zero voltage switch)和副边整流二极管的零电流关断(ZCS,zero current switch),从而减小开关损耗,提高变换器的整体效率,因此广泛应用于电动汽车、适配器,服务器等[1-6]。对于在大功率场合使用的LLC谐振变换器,功率器件上的高电压、电流应力可能导致其效率和可靠性降低,多相并联技术可以解决此问题[7-11]。但是在实际中,由于谐振元件不可避免地存在偏差,将导致各相LLC电路传输流过的负载电流不平均,即各相分担的功率不均衡,以两相为例,其中一相LLC电路传输的功率较少,另一相LLC电路传输的功率较多,从而造成传输功率较多的一相产生过热或者烧坏的现象。因此,应用交错并联LLC谐振变换器,就需要采用一定的均流方法以确保相同开关频率下每一相LLC电路流过的电流相等、各相之间功率均衡[12-15]

文献[16]在原有电路拓扑的基础上增加了一个可调电感LSAT,当两相参数不匹配时,LLC控制电路采样副边电流进行对比,调整可调电感LSAT参数,使两相电压增益恢复一致,进而实现均流。文献[17]采用开关控制电容SCC(switch-control capacitor)实现均流,SCC与Cs共同构成谐振电容Cr,SCC结构为两个开关与一个电容并联,通过控制不同开关管的导通时间来控制电容值。

针对标准化模块的串并联LLC谐振变换器,文献[18]提出了采用电流平衡单元实现IPOP(input-parallel output-parallel)型组合式LLC谐振变换器模块的均流,电流平衡单元是由两个匝数相等的强耦合线圈构成,分别串联在两相LLC谐振变换器一次侧的谐振回路内且进行隔离。文献[19]提出一种具有自动均压和均流特性的组合式ISOP(input-series output-parallel)结构LLC谐振变换器,适用于高降压比、大功率输出场合,其均流特性也是通过在LLC电路中加入强耦合线圈实现的。

以上方法在增加了元器件数量、电路损耗的前提下都可以体现较好的均流特性,其中前两种方法还要通过实时的电流采样来监控变换器状态,对数字处理器的要求较高。基于此,本文提出一种180°交错并联LLC谐振变换器的磁集成均流方法,在不增加额外元器件及电路时,将两相谐振电感进行磁集成,实现变换器的均流。文中首先介绍180°交错并联LLC谐振变换器的工作原理,分析谐振元件参数的偏差对变换器均流效果的影响;然后分析磁集成均流原理,给出磁集成之后的等效电路模型;搭建交错并联磁集成LLC谐振变换器的实验样机,验证均流方法的有效性。

两相交错并联LLC谐振变换器

 

 

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