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电动汽车驱动 LLC谐振 ★ 5.0

具有超宽电压范围的三路协调功率通道LLC变换器

A Three Coordinated Power Channels LLC Converter With Ultrawide Voltage Range

作者 Jianglin Nie · Yuhao Deng · Jiangpeng Yang · Linghui Meng · Lan Ma · Zeliang Shu
期刊 IEEE Transactions on Industrial Electronics
出版日期 2024年9月
技术分类 电动汽车驱动
技术标签 LLC谐振
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 LLC谐振变换器 宽输出电压范围 多功率通道 增益范围 软开关
语言:

中文摘要

为实现超宽输出电压范围,本文提出一种具有三条协同功率通道的新型隔离式 LLC 谐振变换器。所提出的变换器具有三种工作状态,包含五种运行模式,可调节品质因数以获得更宽的增益范围。通过增加功率通道,该变换器能够降低谐振槽和开关的应力,从而进一步提高功率等级并实现软开关。为确保增益平稳过渡和获得更宽的增益范围,变压器的匝数比是在考虑三种不同工况的情况下进行设计的。最后,搭建了一台 1 kW 的样机来验证所提出拓扑的有效性。结果证实该变换器的输出电压范围可达八倍,峰值效率为 96%。

English Abstract

To achieve ultrawide output voltage range, this paper proposes a novel isolated LLC resonant converter with three coordinated power channels. The proposed converter features three working conditions and encompasses five operation patterns, allowing for the adjustment of quality factor for a wider gain range. With more power channels, the converter can reduce the stress of the resonant tank and switches to further improve the higher power level and achieve the soft switching. To ensure smooth gain transition and a wider gain range, the turns ratio of the transformer is designed by considering three different conditions. Finally, a 1 kW prototype was built to verify the effectiveness of the proposed topology. The results confirm the eight times output voltage range of the converter and a peak efficiency of 96%.
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SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看,这项三通道协调LLC谐振变换器技术对我们的储能系统和光伏逆变器产品线具有重要的战略价值。该技术实现了8倍的超宽输出电压范围和96%的峰值效率,这恰好契合了我们在多场景应用中面临的核心技术挑战。

在储能系统领域,该技术的超宽电压范围特性可有效应对电池全生命周期内的电压波动问题。锂电池从满电到深度放电的电压变化幅度大,传统DC-DC变换器往往需要复杂的拓扑切换或多级转换。三通道协调控制方案通过动态调整品质因数,能够在单一拓扑下实现宽范围增益调节,这将显著简化我们储能变流器PCS的设计复杂度,降低系统成本并提升可靠性。

对于光伏逆变器业务,该技术在高功率等级下降低谐振腔和开关器件应力的特性尤为关键。通过多通道分流,可以减小单个功率器件的电流应力,这为我们开发更高功率密度的组串式和集中式逆变器提供了新思路。同时,软开关特性的保持有助于进一步降低开关损耗,提升系统效率。

技术成熟度方面,1kW原型验证表明该方案已具备工程化基础,但向10kW以上功率等级扩展时,多通道间的同步控制、磁集成设计以及EMI优化将是关键挑战。建议我们的研发团队重点关注变压器匝比优化设计方法和五种工作模式间的平滑切换策略,这些是实现产品化的核心技术壁垒,也是构建差异化竞争优势的突破口。