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基于开关电容网络的隔离型LLC谐振DC-DC变换器恒频CC-CV控制方法
Constant Frequency CC–CV Operation of Isolated LLC Resonant DC-DC Converter Using Switched Capacitor Network for WCS
| 作者 | Kirshan Kumar Gautam · Amitabh Chatterjee · Subhendu Bikash Santra · Dinkar Prasad |
| 期刊 | IEEE Transactions on Power Electronics |
| 出版日期 | 2024年9月 |
| 技术分类 | 电动汽车驱动 |
| 技术标签 | DC-DC变换器 LLC谐振 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | LLC谐振直流-直流转换器 无线充电系统 恒流-恒压特性 软开关 功率密度优化 |
语言:
中文摘要
在这篇论文中，提出了一种基于 LLC 谐振隔离式直流 - 直流转换器的新型电路结构，以实现无线充电系统（WCS）的恒流 - 恒压（CC - CV）特性。基于复杂可重构网络的 LLC 谐振直流 - 直流转换器能够在恒定开关频率下实现 CC - CV。这项工作是基于固定隔离式 LLC 谐振直流 - 直流电路的一种替代方案，其中采用额外的电容开关配置，以在恒定开关频率下实现具有无缝过渡特性的 CC - CV 特性。在整个 CC - CV 运行过程中，所有逆变器开关均实现软开关。此外，采用千伏安/千瓦优化方法来减小无功元件尺寸，以实现高功率密度。设计了一个 600 W 的原型，在耦合系数为 0.2 时，平均千伏安/千瓦比为 30，峰值效率为 96%，以验证所提出的无线充电系统。
English Abstract
In this letter a new circuit structure based on LLC resonant isolated dc-dc converter is proposed to achieve constant current-constant voltage (CC–CV) characteristics for wireless charging system (WCS). Complex reconfigurable network-based LLC resonant dc-dc converter can provide CC–CV at a constant switching frequency. This work is an alternative solution based on fixed isolated LLC resonant dc-dc circuit where extra capacitor switch arrangement is used to achieve CC–CV characteristics at a constant switching frequency with seamless transition feature. All inverter switches are soft switched throughout CC–CV operation. In addition, the kVA/kW optimization method is employed to reduce reactive component sizing for achieving high power density. A 600 W prototype with an average kVA/kW ratio of 30 and a peak efficiency of 96% at a coupling coefficient of 0.2 has been designed to validate the proposed WCS.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看，这项基于LLC谐振隔离DC-DC转换器的恒频CC-CV控制技术，对我们在储能系统和电动汽车充电领域具有重要的应用价值。
该技术的核心创新在于通过开关电容网络实现恒定频率下的恒流-恒压无缝切换，这与我们储能变流器（PCS）和充电桩产品的技术需求高度契合。传统LLC转换器需要通过变频控制实现CC-CV特性，导致磁性元件设计复杂、EMI滤波困难。该方案保持恒定开关频率运行，可显著简化磁性元件优化设计，降低电磁干扰，这对提升我们产品的功率密度和可靠性具有实质性帮助。
从技术指标看，600W原型在耦合系数0.2条件下实现96%峰值效率和30的平均kVA/kW比值，表明该技术在无线充电应用中已具备工程化基础。这为我们拓展电动汽车无线充电解决方案提供了新思路，特别是在AGV、电动叉车等工业应用场景。同时，全开关软开关特性能够有效降低开关损耗，延长功率器件寿命，符合我们对高可靠性产品的追求。
然而，该技术仍面临挑战：开关电容网络增加了控制复杂度和成本；在更高功率等级（如我们主流的MW级储能系统）的扩展性需要验证；无线充电的低耦合系数特性限制了其在光伏、储能等有线连接场景的直接应用。建议我们可将该技术理念应用于模块化储能PCS的级联控制，以及探索在分布式光伏微逆变器中实现恒频高效运行的可能性，同时关注其在特种应用场景的商业化潜力。