前言
新能源發(fā)電具有間歇性、不連續(xù)性、不穩(wěn)定性等特點，是目前制約其發(fā)展的重要原因。而技術(shù)的發(fā)展，需要電力電子裝備具有小的體積、高的效率等特點，為了應(yīng)對上述問題，寬電壓輸入范圍、全范圍軟開關(guān)的變換器是當下研究的熱點。已有學者提出了基于四開關(guān)Buck-Boost變換器與LLC-DCX變換器結(jié)合而成的Sigma變換器，也稱之為混合變換器。Buck-Boost LLC變換器通過橋臂集成和部分功率傳輸?shù)母拍?，減小變換器的損耗。文章中對BBLLC-LLC變換器的原理進行了分析，給出了設(shè)計方法，并通過實驗對該拓撲進行了驗證。
目錄
1 概述
2 BBLLC-LLC變換器的原理
3 實驗驗證
4 參考文獻
1 概述
傳統(tǒng)的寬電壓應(yīng)用場景采用級聯(lián)拓撲，兩級拓撲會使用更多的開關(guān)器件，降低了變換器的功率密度。為了克服這一問題，磁集成技術(shù)被提出。文獻[2]研究了一種合并四開關(guān)無反向Buck-Boost變換器與LLC變換器的BBLLC（Buck boost LLC）混合變換器，集成過程如圖1所示。Buck-Boost級和LLC級共用一組橋臂，占空比保持在50%，因此LLC級的增益特性和效率不變。但由于其引入的電感Lb上流過了全部的輸入電流，帶來了較大的損耗，
隨著技術(shù)的發(fā)展，一種輸入串聯(lián)輸出并聯(lián)ISOP的Sigma變換器被提出，由一個LLC-DCX和一個D2D變換器組成，如示意圖2所示。
Sigma變換器其大部分電能由LLC-DCX級傳輸，實現(xiàn)更高的效率，小部分電能由D2D級實現(xiàn)調(diào)壓。文章中D2D變換器結(jié)構(gòu)選擇Buck-boost LLC結(jié)構(gòu)，其具有更大的調(diào)壓范圍、更寬的ZVS范圍及更高的效率，而LLC-DCX級承擔大部分功率傳輸。該拓撲在拓寬調(diào)壓范圍的前提下，實現(xiàn)了效率的提升，并研制了實驗樣機進行驗證。
2 BBLLC-LLC變換器的原理
該文章根據(jù)LLC-DCX變換器的優(yōu)點，提出了單向BBLLC-LLC混合變換器，以滿足寬范圍、高效率的需求，電路拓撲如圖3所示。
其中，LLC-DCX變換器可以等效為一個直流變壓器，工作在開環(huán)，工作頻率為諧振頻率，保證在全電壓范圍內(nèi)，變換器均能工作在最佳狀態(tài)。通過基波近似法可以得到半橋LLC的增益為
根據(jù)上式分析，在諧振頻率處，其直流增益為1，輸出電壓與輸入電壓關(guān)系僅有變壓器的變比決定。
四開關(guān)Buck-Boost與半橋LLC變換器集成，其集成橋臂S3、S4開關(guān)占空比為0.5，增益特性保持不變，而前級Buck-Boost變換器增益變?yōu)镸=2D（D為開關(guān)占空比）。由此可以得到BBLLC變換器的增益表達式如下，其增益曲線如圖4所示。
BBLLC變換器前級Buck-Boost通過調(diào)節(jié)占空比來實現(xiàn)電壓調(diào)節(jié)，LLC級就可以工作在定頻模式，這樣變換器的磁性器件設(shè)計變得簡單，可以保證變換器工作在最佳狀態(tài)。其一個周期的工作波形如圖5所示。
圖3中，電感Lb上流過的電流由Buck-Boost變換器與LLC變換器橋臂之間的移相角p決定。對其電流進行數(shù)學建模，得到其表達式Ib為
從上式中可以得到電感Lb選取與占空比和移相角之間的關(guān)系。
3 實驗驗證
為了驗證該文中所提出的BBLLC-LLC混合變換器，作者研制了一臺輸入200~400V，輸出12V/500W的樣機，對變換器進行了測試，開關(guān)管可以實現(xiàn)ZVS，峰值效率可達到97.3%。變換器的理論參數(shù)見表1。
400V輸入時，開關(guān)管S1、S2及變壓器副邊ZVS波形如圖6所示。
該文基于Sigma結(jié)構(gòu)，結(jié)合LLC變換器的優(yōu)勢，提出了適應(yīng)于寬輸入電壓、全負載范圍內(nèi)能實現(xiàn)ZVS的高性能BBLLC-LLC混合變換器。文中對變換器的工作原理、設(shè)計方法和損耗分析等進行了講述，通過實驗驗證了理論的正確性和有效性。該方法對LLC變換器的研究及高性能變換器研究具有很好的借鑒意義，同時該變換器在實際中也有很大的使用價值。
4 參考文獻
[1] 寬輸入范圍、全范圍ZVS的高效率BBLLC-LLC混合變換器的DCX工作模式研究_李偉
[2] An im proved wide input voltage Buck-boost + LLC cascaded con verter_ Sun Xiaofeng
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
[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
[9] 文獻筆記9---LLC-DCX變換器并機諧振網(wǎng)絡(luò)及均流優(yōu)化
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