前言
LLC變換器在諧振頻率處可以實現(xiàn)效率最大，并能實現(xiàn)軟開關(guān)、具有低的EMI等優(yōu)點，在大功率場合得到了廣泛應(yīng)用。在工業(yè)應(yīng)用中雙向LLC-DCX變換器在儲能PCS系統(tǒng)中被應(yīng)用，通過多模塊并聯(lián)的方法實現(xiàn)大容量傳輸。多模塊并聯(lián)中，不均流問題是一個設(shè)計難點，往往微小的諧振參數(shù)，導(dǎo)致各模塊電流不均衡，嚴(yán)重情況會導(dǎo)致模塊的損壞。已有學(xué)者針對不均流問題展開研究，提出了通過優(yōu)化諧振網(wǎng)絡(luò)的方法實現(xiàn)并機均流，并研制了實驗樣機對所提出的優(yōu)化方法進行了驗證，證明了優(yōu)化方法的有效性。
目錄
1 概述
2 雙向LLC-DCX并聯(lián)特性優(yōu)化
3 實驗驗證
4 參考文獻
1 概述
模塊化是大容量電力電子設(shè)備未來發(fā)展的必然趨勢，LLC變換器本身不具備良好的并聯(lián)效果，器件受工藝水平的影響，諧振網(wǎng)絡(luò)中的元件存在較大誤差，而該參數(shù)對均流效果產(chǎn)生較大的影響。已有研究表明，諧振參數(shù)偏差5%可導(dǎo)致電流不均衡度達到50%，因此LLC的并機均流問題研究具有重要意義。
現(xiàn)主流的均流方法分為兩類：一是調(diào)整拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；二是采用數(shù)字控制技術(shù)，針對這兩種技術(shù)目前具有研究，其中數(shù)字控制技術(shù)控制復(fù)雜，某些條件下實現(xiàn)較為困難。因此，從拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)或參數(shù)優(yōu)化上進行研究，是一種較為有效的方法。本次研讀的文獻是通過優(yōu)化諧振網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，提升LLC-DCX變換器的自然均流性能，無需采用閉環(huán)控制，實現(xiàn)各模塊之間的解耦、該方法最大限度簡化控制和降低成本。LLC的正向等效電路和增益曲線如圖1所示。
2 雙向LLC-DCX并聯(lián)特性優(yōu)化
對LLC-DCX正向外特性分析可得輸出電壓隨著負(fù)載電流的增大而減小，形成負(fù)載調(diào)整率，輸出電壓的負(fù)載調(diào)整率由增益的負(fù)載 調(diào)整率和內(nèi)阻壓降兩個因素共同決定。推導(dǎo)得正向增益的負(fù)載調(diào)整率表達式為
圖2給出了負(fù)載調(diào)整率與電感比之間的關(guān)系。
從圖2看出，當(dāng)電感比足夠大時基本可以消除正向增益的負(fù)載調(diào)整率，輸出電壓的負(fù)載調(diào)整率基本只與內(nèi)阻壓降有關(guān)。但電感比不能無窮大，這樣會丟失ZVS，設(shè)計中需要折衷。
忽略負(fù)載調(diào)整率，考慮內(nèi)阻壓降，根據(jù)變換器正向輸出電壓表達式得到內(nèi)阻的表達式為
根據(jù)雙向LLC-DCX的正向外特性分析其多模塊并聯(lián)特性?？紤]諧振參數(shù)偏差和內(nèi)阻偏差，多模塊正向并聯(lián)的外特性曲線如圖3所示。
根據(jù)分析最后得到功率正向傳輸?shù)趇個模塊電流不均衡度△Ioi的表達式
式中，電流不均衡度ΔIoi由兩項相加組成；第一項與各模塊的空載輸出電壓偏差有關(guān)，該偏差由諧振參數(shù)偏差產(chǎn)生；第二項由內(nèi)阻偏差產(chǎn)生，是僅與各模塊內(nèi)阻有關(guān)的定值。內(nèi)阻是恒定值無法調(diào)節(jié)，因此盡可能減小諧振參數(shù)的偏差產(chǎn)生的不均衡度。
同樣地，可以得到出i、j兩模塊之間的空載輸出電壓偏差Vomaxi−Vomaxj的表達式為
由上式可得，在諧振參數(shù)偏差一定時，增大λ可減小模塊間的空載輸出電壓偏差，使各模塊 外特性曲線的縱截距更接近，從而降低并聯(lián)電流不均衡度對諧振參數(shù)偏差的敏感度，改善正向并聯(lián)系統(tǒng)的均流性能。由此，可根據(jù)并聯(lián)系統(tǒng)的均流指標(biāo)要求，定量求解λ的取值范圍，優(yōu)化設(shè)計諧振參數(shù)。對于N模塊并聯(lián)系統(tǒng)，電流不均衡度最大的情況出現(xiàn)在僅有一個模塊的諧振參數(shù)和內(nèi)阻均為最小值，其余N−1個模塊的諧振參數(shù)和內(nèi)阻均為最大值時，多模塊正向并聯(lián)最不均衡情況的外特性曲線如圖4所示。
在Lm的值由雙向ZVS條件確定的前提下，通 過減小Lr的值來獲得較大的λ值。因此，可將變壓器漏感作為Lr，在獲得較大λ值的同時可很方便地實現(xiàn)諧振電感和變壓器的磁集成。所提出的方法在負(fù)載突變的動態(tài)過程中，各模塊在每一時刻都能均衡地分配負(fù)載，均流不受動態(tài)過程影響。
當(dāng)反向工作時，其分析過程與正向相似。
3 實驗驗證
為了證明諧振網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的有效性，作者研制了三模塊并聯(lián)系統(tǒng)。諧振電感采用磁集成，為變壓器漏感，經(jīng)諧振參數(shù)優(yōu)化，模塊一的電感比λ由136.8增大至290.5。設(shè)置諧振參數(shù)偏差，諧振參數(shù)優(yōu)化前后，令模塊二的3個諧振參數(shù)均比模塊一偏大約5%，令模塊三的3個諧振參數(shù)均比 塊一偏小約5%。滿載條件下，功率正向傳輸時，優(yōu)化前后測試結(jié)果如圖5所示。系統(tǒng)從輕載到滿載范圍內(nèi)，負(fù)載電流和對應(yīng)的最大電流不均衡度的變化曲線（輸入電壓Vin=370V，輸出電壓Vo=61.7V），如圖6所示。
該文提出的基于諧振網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的多模塊LLC-DCX并機均流問題優(yōu)化方法，研究了均流特性與諧振參數(shù)的關(guān)系，根據(jù)分析得到加大電感比優(yōu)化諧振網(wǎng)絡(luò)阻抗分配，從而提高模塊均流效果，該方法不需要增加額外的控制，只有優(yōu)化諧振參數(shù)，即可到達優(yōu)化效果，該文中提出的方法便于在工程實踐中落地，設(shè)計中需要保證實現(xiàn)軟開關(guān)的條件下，電感比盡量取大值。對多機并聯(lián)系統(tǒng)的設(shè)計具有指導(dǎo)意義。
4 參考文獻
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往期筆記
[1] 文獻筆記1---“一種適用于半橋LLC的調(diào)幅調(diào)頻混合控制方法”
[2] 文獻筆記2---一種應(yīng)用于SR-DAB的DPS-VF控制方法
[4] 文獻筆記4---一種寬輸出單級隔離型無橋PFC拓?fù)?/a>
[5] 文獻筆記5---基于無傳感器的Mhz高壓LLC變換器SR技術(shù)
[6] 文獻筆記6---開關(guān)電源環(huán)路補償設(shè)計
[7] 文獻筆記7---全橋CLL諧振變換器諧振參數(shù)優(yōu)化方法
[8] 文獻筆記8---LLC變換器的平面磁設(shè)計與整體參數(shù)優(yōu)化
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