雙向DC—DC變換器的拓?fù)溲芯?/h1>
2017-05-11 17:31:31趙春雷
科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2017年1期
趙春雷
摘 要：雙向DC-DC變換器在新能源分布式發(fā)電系統(tǒng)、固態(tài)變壓器、新能源汽車等領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用前景?；贚LC電路的雙向DC-DC變換器是一種高效的拓?fù)洌瑩碛休^寬的輸入范圍和軟開關(guān)、效率高等優(yōu)點(diǎn)?；陔p向DC-DC變換器，文章對(duì)目前廣泛研究的三種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹、并最終以雙向全橋LLC諧振變換器作為研究對(duì)象，并對(duì)其工作原理和基波情況進(jìn)行了分析研究。
關(guān)鍵詞：雙向DC-DC變換器；雙向全橋LLC諧振變換器；基波
引言
為了實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，減少能源開發(fā)對(duì)環(huán)境的影響，新能源發(fā)電是一大趨勢(shì)。隨著國(guó)家政策的導(dǎo)向，新能源產(chǎn)業(yè)的大力發(fā)展，電力電子技術(shù)與電網(wǎng)的聯(lián)系越來越緊密，其將在新能源領(lǐng)域扮演重要角色。其中直-直變換在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，而近些年來，能控制電能雙向流動(dòng)的雙向DC-DC變化器越來越受到重視。
由于光伏和風(fēng)能這些自然能源的產(chǎn)生具有不確定性、間歇性等特點(diǎn)，對(duì)發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性影響較大。為解決此問題，需要通過儲(chǔ)能系統(tǒng)來向電網(wǎng)并網(wǎng)。儲(chǔ)能系統(tǒng)要求能控制能量雙向流動(dòng)，而雙向DC-DC變換器是該設(shè)備中保證電能雙向傳遞的關(guān)鍵部分。
1 雙向DC-DC變換器的拓?fù)?/p>
當(dāng)今雙向DC-DC變換技術(shù)的主要研究方向是能夠?qū)崿F(xiàn)電流可以在開關(guān)管中進(jìn)行正向和反向的流動(dòng)，能夠盡可能的利用開關(guān)管，使得電路的更加簡(jiǎn)單，采用的拓?fù)溟_關(guān)管能夠?qū)崿F(xiàn)軟開關(guān)，降低開關(guān)管的損耗。符合以上要求，且現(xiàn)今被廣泛研究的雙向DC-DC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有如下幾種：
1.1 雙有源橋諧振變換器（DAB）
該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、軟開關(guān)范圍大、效率高等特點(diǎn)，在一些大功率場(chǎng)合得到了廣泛的研究應(yīng)用[1]，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。這種拓?fù)潆m能實(shí)現(xiàn)雙向的能量流動(dòng)，但在實(shí)際應(yīng)用中卻受到限制，由于其較高的能量環(huán)流和較大的關(guān)斷電流導(dǎo)致了產(chǎn)生過大的開關(guān)損耗，效率極大降低。
1.2 雙橋式串聯(lián)諧振變換器（DBSRC）
圖2所示是雙橋式串聯(lián)諧振電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在其變壓器的副邊把串聯(lián)諧振變換器的二極管換成是MOSFET或者IGBT，改變以后使得能量能夠進(jìn)行雙向的流動(dòng)。當(dāng)能量正向流動(dòng)時(shí)，原邊工作在串聯(lián)諧振模式，副邊工作在同步整流狀態(tài)；能量反向流動(dòng)時(shí)，副邊的開關(guān)網(wǎng)絡(luò)和原邊諧振槽工作在串聯(lián)諧振模式，原邊開關(guān)網(wǎng)絡(luò)工作在同步整流狀態(tài)[2]。但該結(jié)構(gòu)只能在降壓（buck）模式下工作，在要求輸出范圍較寬的場(chǎng)合并不適用。
1.3 雙向全橋LLC諧振變換器
基于傳統(tǒng)的LLC諧振變換器，有學(xué)者提出了一種在LLC電路的基礎(chǔ)上改進(jìn)后可用于儲(chǔ)能系統(tǒng)的新型雙向?qū)ΨQLLC。在原邊開關(guān)網(wǎng)絡(luò)的輸出端并聯(lián)一個(gè)與原勵(lì)磁電感完全相同且對(duì)稱的電感，該拓?fù)淠軌驅(qū)崿F(xiàn)能量的雙向流動(dòng)且在任何情況下都能保持升/降壓操作，有較大的電壓輸出范圍。輸入側(cè)的開關(guān)管可以工作在ZVS模式，且輸出側(cè)開關(guān)管可工作在ZCS模式，這大大提高了變換器的轉(zhuǎn)換效率[3]。不論能量從哪邊流動(dòng)時(shí)，都有相同的工作模式，兩側(cè)開關(guān)管的控制策略完全相同，這就使得控制更為簡(jiǎn)單。但在變壓器原邊輸入側(cè)并聯(lián)的電感令變換器的功率密度減小。
通過圖表可以看出，對(duì)比于其他雙向DC-DC電路拓?fù)?，?dāng)雙向全橋LLC拓?fù)鋺?yīng)用于對(duì)變換器體積要求不大的場(chǎng)合時(shí)優(yōu)勢(shì)比較明顯。
2 雙向全橋LLC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分析
本文所研究的雙向全橋LLC諧振變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖3所示，對(duì)原有的LLC電路拓?fù)溥M(jìn)行改造，用可關(guān)斷的全控型器件代替不可控整流的二極管，并且在諧振槽輸入端A-B兩端并聯(lián)一個(gè)與原勵(lì)磁電感完全相同的電感[4]。當(dāng)一側(cè)的全橋網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行在逆變狀態(tài)時(shí)，另一側(cè)的全橋結(jié)構(gòu)運(yùn)行在同步整流狀態(tài)，主控電路可以根據(jù)能量的流動(dòng)方向來控制哪端全橋工作在逆變狀態(tài)，哪端全橋工作在整流狀態(tài)，這樣使得變換器可以分時(shí)實(shí)現(xiàn)兩邊任一方向的能量流動(dòng)。該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)由開關(guān)網(wǎng)絡(luò)、諧振網(wǎng)絡(luò)、同步整流網(wǎng)絡(luò)三部分組成，根據(jù)能量流動(dòng)的方向不同，分為正向和反向兩種工作狀態(tài)。
正向工作是功率從Vd流向Vb的狀態(tài)，對(duì)應(yīng)圖4。此時(shí)雙向全橋LLC諧振變換器的開關(guān)網(wǎng)絡(luò)、諧振網(wǎng)絡(luò)及整流網(wǎng)絡(luò)分別指：
開關(guān)網(wǎng)絡(luò)，由開關(guān)管Q11和開關(guān)管Q12構(gòu)成的橋臂1和開關(guān)管Q13和開關(guān)管Q14構(gòu)成的橋臂2構(gòu)成全橋逆變網(wǎng)絡(luò)，開關(guān)管Q11與Q13由同一PWMA信號(hào)控制，同時(shí)打開或關(guān)閉；開關(guān)管Q12與Q14由同一的PWMB信號(hào)控制，同時(shí)開通和關(guān)斷。功率變換時(shí)，PWMA和PWMB互補(bǔ)，Q11、Q13和Q12、Q14互補(bǔ)導(dǎo)通，同時(shí)選擇合適的死區(qū)時(shí)間，保證能夠?qū)崿F(xiàn)零電壓（ZVS）導(dǎo)通，開關(guān)網(wǎng)絡(luò)將直流Vd逆變成方波。
諧振網(wǎng)絡(luò)，由諧振電容Cr，諧振電感Lr，勵(lì)磁電感Lm2共同構(gòu)成，電感Lm1被輸入電壓鉗位。
整流網(wǎng)絡(luò)，由開關(guān)管Q21和開關(guān)管Q22組成的橋臂3和開關(guān)管Q23和開關(guān)管Q24組成的橋臂4構(gòu)成同步整流網(wǎng)絡(luò)，開關(guān)管Q21和Q23由變壓器副邊的電流方向控制，同時(shí)開通和關(guān)斷；開關(guān)管Q22和Q24由變壓器副邊電流的流動(dòng)方向控制，同時(shí)打開或關(guān)閉。將變壓器副邊的交流整流成直流，同步整流電路避免了導(dǎo)通損耗，大大提升了轉(zhuǎn)換效率。
反向工作是功率從Vb流向Vd的狀態(tài)，對(duì)應(yīng)圖4。此時(shí)雙向全橋LLC諧振變換器的開關(guān)網(wǎng)絡(luò)、諧振網(wǎng)絡(luò)及整流網(wǎng)絡(luò)分別指：
開關(guān)網(wǎng)絡(luò)，由開關(guān)管Q21、開關(guān)管Q22構(gòu)成的橋臂3和開關(guān)管Q23、開關(guān)管Q24構(gòu)成的橋臂4組成全橋逆變網(wǎng)絡(luò)。開關(guān)管Q21、Q23由同一PWMA信號(hào)控制，同時(shí)打開或關(guān)閉；開關(guān)管Q22、Q24由同一的PWMB信號(hào)控制，同時(shí)打開或關(guān)閉。功率變換時(shí)，PWMA和PWMB互補(bǔ)，Q21、Q23和Q22、Q24互補(bǔ)導(dǎo)通，同時(shí)選擇合適的死區(qū)時(shí)間，保證能夠?qū)崿F(xiàn)零電壓（ZVS）導(dǎo)通，開關(guān)網(wǎng)絡(luò)將直流Vb逆變成方波。
諧振網(wǎng)絡(luò)，由諧振電容Cr，諧振電感Lr，勵(lì)磁電感Lm1共同構(gòu)成，電感Lm2被變壓器電壓鉗位。
整流網(wǎng)絡(luò)，由開關(guān)管Q11和開關(guān)管Q12組成的橋臂1和開關(guān)管Q13和開關(guān)管Q14組成的橋臂2構(gòu)成同步整流網(wǎng)絡(luò)，開關(guān)管Q11和Q13由A-B兩端流入電流的流動(dòng)方向控制，同時(shí)開通和關(guān)斷；開關(guān)管Q12和Q14由A-B兩端流入電流的流動(dòng)方向控制，同時(shí)導(dǎo)通和關(guān)斷。將變壓器原邊的交流整流成直流，同步整流電路避免了導(dǎo)通損耗，大大提升了轉(zhuǎn)換效率。
可以看出，雙向全橋LLC電路的工作狀態(tài)不論是正向還是反向時(shí)，都工作在完全相同的LLC諧振變換狀態(tài)。
LLC諧振電路拓?fù)涫且环N串聯(lián)諧振的電路，依靠對(duì)開關(guān)網(wǎng)絡(luò)中開關(guān)頻率的控制，完成對(duì)電壓增益的調(diào)節(jié)操作。具體來說是由開關(guān)網(wǎng)絡(luò)將直流先逆變成方波，然后通過諧振網(wǎng)絡(luò)后再完成整流。采用這種方法控制的電路輸入范圍寬，在負(fù)載不超的情況下，可在全負(fù)載范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)開關(guān)網(wǎng)絡(luò)的零電壓（ZVS）導(dǎo)通，且在升壓過程中還可使整流部分的二極管實(shí)現(xiàn)零電流（ZCS）關(guān)斷，故而效率可以做得很高，達(dá)到97%。改進(jìn)后的整流部分采用同步整流電路，可消除二極管損耗，從而提升了轉(zhuǎn)換效率。
雙向全橋LLC諧振變換器可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能和電氣絕緣并且能夠能量雙向流動(dòng)，提升效率、改善瞬態(tài)特性。更為重要的是由于拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是對(duì)稱的，電路不論正向還是反向都工作在相同模式下，所以在分析該拓?fù)潆娐窌r(shí)，可以都按照單向LLC電路的工作模式來進(jìn)行分析。并且兩個(gè)流向的控制均可采用相同的控制策略。簡(jiǎn)化了控制策略和算法。
3 結(jié)束語(yǔ)
本文對(duì)雙向全橋LLC諧振變換器的控制策略進(jìn)行了研究。由于LLC電路可工作在軟開關(guān)模式下，能達(dá)到很高的效率，而當(dāng)其整流網(wǎng)絡(luò)工作在同步整流狀態(tài)時(shí)轉(zhuǎn)換效率能進(jìn)一步提高。所研究的雙向LLC變換器是一種對(duì)稱結(jié)構(gòu)，當(dāng)能量正向流動(dòng)時(shí)，原邊工作在LLC模式，副邊工作在同步整流；當(dāng)能量反向流動(dòng)時(shí)，原邊工作在同步整流，副邊工作在LLC模式。這樣能量不論往哪邊流動(dòng)時(shí)都可以采用相同的控制模式，簡(jiǎn)化了控制算法。
參考文獻(xiàn)
[1]魏山力，項(xiàng)安.隔離升壓推挽式軟開關(guān)DC/DC變換器雙閉環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].機(jī)電一體化，2014.
[2]曹簫洪，石文，許建平.同步整流技術(shù)的新進(jìn)展[J].電力電子技術(shù)，1999（2）：79-81.
[3]顏湘武，楊利鳴，梁宵.一種高效隔離的雙向DC/DC變換器[J].華北電力大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2013.
[4]江雪，龔春英. LLC半橋諧振變換器參數(shù)設(shè)計(jì)法的比較與優(yōu)化[J]. 電力電子技術(shù)，2009（11）：56-58.
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趙春雷
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關(guān)鍵詞：雙向DC-DC變換器；雙向全橋LLC諧振變換器；基波
引言
為了實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，減少能源開發(fā)對(duì)環(huán)境的影響，新能源發(fā)電是一大趨勢(shì)。隨著國(guó)家政策的導(dǎo)向，新能源產(chǎn)業(yè)的大力發(fā)展，電力電子技術(shù)與電網(wǎng)的聯(lián)系越來越緊密，其將在新能源領(lǐng)域扮演重要角色。其中直-直變換在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，而近些年來，能控制電能雙向流動(dòng)的雙向DC-DC變化器越來越受到重視。
由于光伏和風(fēng)能這些自然能源的產(chǎn)生具有不確定性、間歇性等特點(diǎn)，對(duì)發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性影響較大。為解決此問題，需要通過儲(chǔ)能系統(tǒng)來向電網(wǎng)并網(wǎng)。儲(chǔ)能系統(tǒng)要求能控制能量雙向流動(dòng)，而雙向DC-DC變換器是該設(shè)備中保證電能雙向傳遞的關(guān)鍵部分。
1 雙向DC-DC變換器的拓?fù)?/p>
當(dāng)今雙向DC-DC變換技術(shù)的主要研究方向是能夠?qū)崿F(xiàn)電流可以在開關(guān)管中進(jìn)行正向和反向的流動(dòng)，能夠盡可能的利用開關(guān)管，使得電路的更加簡(jiǎn)單，采用的拓?fù)溟_關(guān)管能夠?qū)崿F(xiàn)軟開關(guān)，降低開關(guān)管的損耗。符合以上要求，且現(xiàn)今被廣泛研究的雙向DC-DC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有如下幾種：
1.1 雙有源橋諧振變換器（DAB）
該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、軟開關(guān)范圍大、效率高等特點(diǎn)，在一些大功率場(chǎng)合得到了廣泛的研究應(yīng)用[1]，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。這種拓?fù)潆m能實(shí)現(xiàn)雙向的能量流動(dòng)，但在實(shí)際應(yīng)用中卻受到限制，由于其較高的能量環(huán)流和較大的關(guān)斷電流導(dǎo)致了產(chǎn)生過大的開關(guān)損耗，效率極大降低。
1.2 雙橋式串聯(lián)諧振變換器（DBSRC）
圖2所示是雙橋式串聯(lián)諧振電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在其變壓器的副邊把串聯(lián)諧振變換器的二極管換成是MOSFET或者IGBT，改變以后使得能量能夠進(jìn)行雙向的流動(dòng)。當(dāng)能量正向流動(dòng)時(shí)，原邊工作在串聯(lián)諧振模式，副邊工作在同步整流狀態(tài)；能量反向流動(dòng)時(shí)，副邊的開關(guān)網(wǎng)絡(luò)和原邊諧振槽工作在串聯(lián)諧振模式，原邊開關(guān)網(wǎng)絡(luò)工作在同步整流狀態(tài)[2]。但該結(jié)構(gòu)只能在降壓（buck）模式下工作，在要求輸出范圍較寬的場(chǎng)合并不適用。
1.3 雙向全橋LLC諧振變換器
基于傳統(tǒng)的LLC諧振變換器，有學(xué)者提出了一種在LLC電路的基礎(chǔ)上改進(jìn)后可用于儲(chǔ)能系統(tǒng)的新型雙向?qū)ΨQLLC。在原邊開關(guān)網(wǎng)絡(luò)的輸出端并聯(lián)一個(gè)與原勵(lì)磁電感完全相同且對(duì)稱的電感，該拓?fù)淠軌驅(qū)崿F(xiàn)能量的雙向流動(dòng)且在任何情況下都能保持升/降壓操作，有較大的電壓輸出范圍。輸入側(cè)的開關(guān)管可以工作在ZVS模式，且輸出側(cè)開關(guān)管可工作在ZCS模式，這大大提高了變換器的轉(zhuǎn)換效率[3]。不論能量從哪邊流動(dòng)時(shí)，都有相同的工作模式，兩側(cè)開關(guān)管的控制策略完全相同，這就使得控制更為簡(jiǎn)單。但在變壓器原邊輸入側(cè)并聯(lián)的電感令變換器的功率密度減小。
通過圖表可以看出，對(duì)比于其他雙向DC-DC電路拓?fù)?，?dāng)雙向全橋LLC拓?fù)鋺?yīng)用于對(duì)變換器體積要求不大的場(chǎng)合時(shí)優(yōu)勢(shì)比較明顯。
2 雙向全橋LLC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分析
本文所研究的雙向全橋LLC諧振變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖3所示，對(duì)原有的LLC電路拓?fù)溥M(jìn)行改造，用可關(guān)斷的全控型器件代替不可控整流的二極管，并且在諧振槽輸入端A-B兩端并聯(lián)一個(gè)與原勵(lì)磁電感完全相同的電感[4]。當(dāng)一側(cè)的全橋網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行在逆變狀態(tài)時(shí)，另一側(cè)的全橋結(jié)構(gòu)運(yùn)行在同步整流狀態(tài)，主控電路可以根據(jù)能量的流動(dòng)方向來控制哪端全橋工作在逆變狀態(tài)，哪端全橋工作在整流狀態(tài)，這樣使得變換器可以分時(shí)實(shí)現(xiàn)兩邊任一方向的能量流動(dòng)。該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)由開關(guān)網(wǎng)絡(luò)、諧振網(wǎng)絡(luò)、同步整流網(wǎng)絡(luò)三部分組成，根據(jù)能量流動(dòng)的方向不同，分為正向和反向兩種工作狀態(tài)。
正向工作是功率從Vd流向Vb的狀態(tài)，對(duì)應(yīng)圖4。此時(shí)雙向全橋LLC諧振變換器的開關(guān)網(wǎng)絡(luò)、諧振網(wǎng)絡(luò)及整流網(wǎng)絡(luò)分別指：
開關(guān)網(wǎng)絡(luò)，由開關(guān)管Q11和開關(guān)管Q12構(gòu)成的橋臂1和開關(guān)管Q13和開關(guān)管Q14構(gòu)成的橋臂2構(gòu)成全橋逆變網(wǎng)絡(luò)，開關(guān)管Q11與Q13由同一PWMA信號(hào)控制，同時(shí)打開或關(guān)閉；開關(guān)管Q12與Q14由同一的PWMB信號(hào)控制，同時(shí)開通和關(guān)斷。功率變換時(shí)，PWMA和PWMB互補(bǔ)，Q11、Q13和Q12、Q14互補(bǔ)導(dǎo)通，同時(shí)選擇合適的死區(qū)時(shí)間，保證能夠?qū)崿F(xiàn)零電壓（ZVS）導(dǎo)通，開關(guān)網(wǎng)絡(luò)將直流Vd逆變成方波。
諧振網(wǎng)絡(luò)，由諧振電容Cr，諧振電感Lr，勵(lì)磁電感Lm2共同構(gòu)成，電感Lm1被輸入電壓鉗位。
整流網(wǎng)絡(luò)，由開關(guān)管Q21和開關(guān)管Q22組成的橋臂3和開關(guān)管Q23和開關(guān)管Q24組成的橋臂4構(gòu)成同步整流網(wǎng)絡(luò)，開關(guān)管Q21和Q23由變壓器副邊的電流方向控制，同時(shí)開通和關(guān)斷；開關(guān)管Q22和Q24由變壓器副邊電流的流動(dòng)方向控制，同時(shí)打開或關(guān)閉。將變壓器副邊的交流整流成直流，同步整流電路避免了導(dǎo)通損耗，大大提升了轉(zhuǎn)換效率。
反向工作是功率從Vb流向Vd的狀態(tài)，對(duì)應(yīng)圖4。此時(shí)雙向全橋LLC諧振變換器的開關(guān)網(wǎng)絡(luò)、諧振網(wǎng)絡(luò)及整流網(wǎng)絡(luò)分別指：
開關(guān)網(wǎng)絡(luò)，由開關(guān)管Q21、開關(guān)管Q22構(gòu)成的橋臂3和開關(guān)管Q23、開關(guān)管Q24構(gòu)成的橋臂4組成全橋逆變網(wǎng)絡(luò)。開關(guān)管Q21、Q23由同一PWMA信號(hào)控制，同時(shí)打開或關(guān)閉；開關(guān)管Q22、Q24由同一的PWMB信號(hào)控制，同時(shí)打開或關(guān)閉。功率變換時(shí)，PWMA和PWMB互補(bǔ)，Q21、Q23和Q22、Q24互補(bǔ)導(dǎo)通，同時(shí)選擇合適的死區(qū)時(shí)間，保證能夠?qū)崿F(xiàn)零電壓（ZVS）導(dǎo)通，開關(guān)網(wǎng)絡(luò)將直流Vb逆變成方波。
諧振網(wǎng)絡(luò)，由諧振電容Cr，諧振電感Lr，勵(lì)磁電感Lm1共同構(gòu)成，電感Lm2被變壓器電壓鉗位。
整流網(wǎng)絡(luò)，由開關(guān)管Q11和開關(guān)管Q12組成的橋臂1和開關(guān)管Q13和開關(guān)管Q14組成的橋臂2構(gòu)成同步整流網(wǎng)絡(luò)，開關(guān)管Q11和Q13由A-B兩端流入電流的流動(dòng)方向控制，同時(shí)開通和關(guān)斷；開關(guān)管Q12和Q14由A-B兩端流入電流的流動(dòng)方向控制，同時(shí)導(dǎo)通和關(guān)斷。將變壓器原邊的交流整流成直流，同步整流電路避免了導(dǎo)通損耗，大大提升了轉(zhuǎn)換效率。
可以看出，雙向全橋LLC電路的工作狀態(tài)不論是正向還是反向時(shí)，都工作在完全相同的LLC諧振變換狀態(tài)。
LLC諧振電路拓?fù)涫且环N串聯(lián)諧振的電路，依靠對(duì)開關(guān)網(wǎng)絡(luò)中開關(guān)頻率的控制，完成對(duì)電壓增益的調(diào)節(jié)操作。具體來說是由開關(guān)網(wǎng)絡(luò)將直流先逆變成方波，然后通過諧振網(wǎng)絡(luò)后再完成整流。采用這種方法控制的電路輸入范圍寬，在負(fù)載不超的情況下，可在全負(fù)載范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)開關(guān)網(wǎng)絡(luò)的零電壓（ZVS）導(dǎo)通，且在升壓過程中還可使整流部分的二極管實(shí)現(xiàn)零電流（ZCS）關(guān)斷，故而效率可以做得很高，達(dá)到97%。改進(jìn)后的整流部分采用同步整流電路，可消除二極管損耗，從而提升了轉(zhuǎn)換效率。
雙向全橋LLC諧振變換器可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能和電氣絕緣并且能夠能量雙向流動(dòng)，提升效率、改善瞬態(tài)特性。更為重要的是由于拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是對(duì)稱的，電路不論正向還是反向都工作在相同模式下，所以在分析該拓?fù)潆娐窌r(shí)，可以都按照單向LLC電路的工作模式來進(jìn)行分析。并且兩個(gè)流向的控制均可采用相同的控制策略。簡(jiǎn)化了控制策略和算法。
3 結(jié)束語(yǔ)
本文對(duì)雙向全橋LLC諧振變換器的控制策略進(jìn)行了研究。由于LLC電路可工作在軟開關(guān)模式下，能達(dá)到很高的效率，而當(dāng)其整流網(wǎng)絡(luò)工作在同步整流狀態(tài)時(shí)轉(zhuǎn)換效率能進(jìn)一步提高。所研究的雙向LLC變換器是一種對(duì)稱結(jié)構(gòu)，當(dāng)能量正向流動(dòng)時(shí)，原邊工作在LLC模式，副邊工作在同步整流；當(dāng)能量反向流動(dòng)時(shí)，原邊工作在同步整流，副邊工作在LLC模式。這樣能量不論往哪邊流動(dòng)時(shí)都可以采用相同的控制模式，簡(jiǎn)化了控制算法。
參考文獻(xiàn)
[1]魏山力，項(xiàng)安.隔離升壓推挽式軟開關(guān)DC/DC變換器雙閉環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].機(jī)電一體化，2014.
[2]曹簫洪，石文，許建平.同步整流技術(shù)的新進(jìn)展[J].電力電子技術(shù)，1999（2）：79-81.
[3]顏湘武，楊利鳴，梁宵.一種高效隔離的雙向DC/DC變換器[J].華北電力大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2013.
[4]江雪，龔春英. LLC半橋諧振變換器參數(shù)設(shè)計(jì)法的比較與優(yōu)化[J]. 電力電子技術(shù)，2009（11）：56-58.
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