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T型三电平LLC谐振变换器在交替模式下的平滑最优轨迹与电压平衡控制
Smooth Optimal Trajectory and Voltage Balancing Control for T-Type Three-Level LLC Resonant Converter in Alternating Mode
| 作者 | Zhigang Yao · Linglong Jiang · Tengfei Sun · Ziheng Xiao · Weirong Chen · Yi Tang |
| 期刊 | IEEE Transactions on Power Electronics |
| 出版日期 | 2025年3月 |
| 技术分类 | 储能系统技术 |
| 技术标签 | 储能系统 LLC谐振 三电平 |
| 相关度评分 | ★★★★ 4.0 / 5.0 |
| 关键词 | T型LLC转换器 交替上下半桥模式 轨迹控制方法 电压平衡控制 宽增益应用 |
语言:
中文摘要
T 型三电平 LLC 变换器将两电平拓扑的低传导损耗优势与三电平拓扑的低开关电压应力特点相结合。然而,由于在以往研究中,该变换器的电压增益不如全桥和堆叠半桥 LLC 变换器宽,因此它并未得到应有的关注。本文提出了一种适用于 T 型 LLC 变换器的上下半桥交替(AUL - HB)模式,以实现 0.25 的增益。AUL - HB 模式在模式切换和电容电压平衡方面存在挑战。为解决这些问题,本文开发了一种无需额外传感器的简单轨迹控制方法,以消除模式切换期间的浪涌电流和电压尖峰,确保平稳快速的过渡。此外,还提出了一种基于滞环比较器的电压平衡控制方法,以维持串联电容两端的电压平衡。与以往研究相比,所提出的方法实现了 0.25 的增益,扩展了先前文献中报道的传统增益范围,使 T 型 LLC 变换器适用于宽增益应用。实验结果验证了所提出的具有电容电压平衡功能的平滑轨迹控制方法的有效性。
English Abstract
T-type three-level LLC converter combines the low conduction loss benefits of a two-level topology with the reduced switching voltage stress of a three-level topology. However, this converter has not received the attention it deserves because its voltage gain in previous studies has not been as wide as that of full-bridge and stacked half-bridge LLC converters. In this article, an alternating upper and lower half-bridge (AUL-HB) mode for T-type LLC converter is proposed to achieve a gain of 0.25. The AUL-HB mode presents challenges in mode switching and capacitor voltage balancing. To address these issues, a simple trajectory control method without extra sensors is developed to eliminate inrush currents and voltage surges during mode switching, ensuring smooth and fast transitions. Additionally, a hysteresis comparator-based voltage balancing control is proposed to maintain voltage balance across the series capacitors. Compared to previous studies, the proposed method achieves a gain of 0.25, which extends the traditional gain range reported in earlier literature, making the T-type LLC converter suitable for wide-gain applications. Experimental results validate the proposed smooth trajectory control with capacitor voltage balancing.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看,该论文提出的T型三电平LLC谐振变换器技术具有显著的应用价值。该技术通过交替上下半桥(AUL-HB)模式实现了0.25的电压增益,有效拓展了传统增益范围,这对我们在光伏逆变器和储能系统中面临的宽范围电压变换需求具有重要意义。
在光伏发电场景中,组串电压随光照条件和温度变化范围较大,传统LLC变换器在低增益区域效率下降明显。该技术结合了两电平拓扑的低导通损耗和三电平拓扑的低开关电压应力优势,可显著提升我们DC-DC变换环节在宽电压范围内的转换效率,特别适用于1500V高压光伏系统和大功率储能变流器产品线。
论文提出的平滑轨迹控制方法无需额外传感器即可消除模式切换时的浪涌电流和电压尖峰,这对提高系统可靠性和降低成本具有实际价值。串联电容的电压平衡控制基于滞环比较器实现,方案简洁高效,符合工业化应用要求。
然而,该技术在实际应用中仍面临挑战:首先,交替模式的控制算法复杂度较高,需要验证在极端工况下的鲁棒性;其次,频繁的模式切换可能影响长期可靠性,需要进行充分的寿命测试;此外,电容电压平衡控制在不平衡负载条件下的表现有待验证。
建议我们的研发团队关注该技术方向,可考虑在下一代高功率密度储能PCS和光储一体机产品中进行预研验证,特别是在需要宽电压增益范围的应用场景中,该技术有望成为差异化竞争的技术支撑点。