应用于电力电子变压器的双向DC_DC变换器综述(学习笔记) (3)

(1) 通常根据变换器的输入、输出电压及功率范围等讨论变换器的增益特性,采用基波近似法推导出变换器的增益特性曲线,然后进行合理的参数设计以满足设计目标。

(2) 通过满足最低开关频率下的满载所需电压增益来优化谐振参数。

基波近似法的实现方式

将方波电压的基波分量进行近似替代来获得电压增益的表达式,在实际应用中会引起较大误差。

LLC谐振变换器的启动方面:

利用移相控制时变换器增益随占空比单调递增的特性,提出了一种软启动控制策略,避免了变换器空载启动时产生过大电流冲击的可能性。

常规的LLC谐振变换器只能进行能量的单相传递,而在PET的应用中需要研究LLC谐振变换器的能量双向流动控制策略以及拓扑改进。

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图1-7CLLC谐振网络

1-7CLLC谐振网络变换器的工作原理:

正向和反向工作时构成2个不同的谐振网络,逆变桥采用变频控制,整流桥采用同步等宽整流控制,能实现逆变桥开关管的ZVS和整流桥开关管的ZCS。

CLLC谐振电路的缺点:

二次侧谐振电容的增加使得变换器的工作特性被改变,在变换器的感性工作区出现了2个峰值增益点,因此变换器在变频运行时可能进入正反馈。

改进方法:

通过增加辅助电感或电容以使变换器方向工作时也具有良好的增益特性和软开关特性。但是辅助电感和电容的增加不仅会增加成本和设计难度,还会改变变换器的工作特性。

在PET的应用场合,隔离级DC-DC变换器需要实现功率双向流动,高频化以缩小体积,并且需要能够实现软开关以降低开关损耗。

LLC谐振变换器和DAB变换器在PET应用中的比较:

LLC谐振变换器相较于DAB变换器能够在更宽的负载范围内较好地实现全部器件的ZVS及变压器二次侧器件的ZCS,有利于减少损耗。

虽然LLC谐振变换器的软开关范围较大,但是由于其存在谐振过程,会导致器件所承受的电压电流应力较大。

LLC谐振变换器的电压调整范围受负载影响较大,难以实现与DAB变换器相同的宽电压范围控制。

未来发展关键技术问题:

系统可靠性:由于在中高压领域的PET拓扑结构普遍采用多个功率单元级联的形式,这将造成器件数量大大增加,由此将对系统的可靠性和稳定性带来巨大挑战。对于这个问题,可以采用两种思路解决,一方面,可以采用故障冗余保护策略,当系统中某一单元出现故障时,可以将其切除,冗余单元投入使用,确保系统可以可靠运行;另一方面,新材料和新器件的发展也是提升PET可靠性的一个重要方向,

能量双向流动的自由切换:PET需要实现的三个功能:电压等级的变换、电气隔离以及能量的双向流动。

功率密度与效率优化:因此在PET的设计中,需要考虑对高频变压器与散热装置的体积大小进行权衡,使系统的功率密度达到最优;需要综合考虑功率等级、开关频率、死区时间等因素的影响,提出优化设计方案,使DC-DC变换器在轻载状态的效率得到保证。

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