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一种用于宽输出电压范围应用的新型多模式AC-DC LLC谐振变换器
A Novel Multimode AC-DC LLC Resonant Converter for Wide Output Voltage Range Applications
| 作者 | Haolei Meng · Hanjing Dong · Xiaogao Xie |
| 期刊 | IEEE Transactions on Industrial Electronics |
| 出版日期 | 2024年11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 | 多模式AC-DC LLC转换器 电动汽车 输出电压范围 统一控制方案 实验验证 |
语言:
中文摘要
本文提出了一种适用于超宽输出电压范围电动汽车（EV）应用的新型多模式交直流 LLC 变换器。通过将图腾柱式 Boost 功率因数校正（PFC）变换器与全桥（FB）LLC 谐振变换器集成，并采用小容量母线电容，所提出的变换器能够以单级、准单级或两级模式运行，有效扩展了输出电压范围。此外，还提出了一种适用于不同模式的统一控制方案，以同时实现输出调节和功率因数校正。通过优化控制策略可实现不同运行模式之间的平滑切换。对所提出变换器的详细工作原理和设计考量进行了分析与讨论。最后，搭建了一台额定输入电压为 180 ∼ 260 V<sub xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">ac</sub>、输出电压为 100 ∼ 420 V/3.3 A 的实验样机，以验证理论分析。实验结果表明，在整个充电范围内可实现较高的效率（>95.0%），峰值效率达到 96.5%。
English Abstract
In this article, a novel multimode ac-dc LLC converter for ultra-wide output voltage range electric vehicle (EV) applications is presented. By integrating the totem-pole Boost power factor correction (PFC) converter with Full bridge (FB) LLC resonant converter and using small-capacity bus capacitor, the proposed converter can operate in single-stage, quasisingle-stage, or two-stage mode, effectively extending the output voltage range. Moreover, a unified control scheme for different modes is presented to achieve output regulation and power factor correction simultaneously. The smooth transition between different operating modes can be achieved by an optimized control strategy. The detailed operational principle and design considerations of the proposed converter are analyzed and discussed. Finally, an experimental prototype rated at 100∼420 V/3.3 A under 180∼260 Vac input is built-up to verify the theoretical analysis. Experimental results show that good efficiency (>95.0%) is achieved over the full charging range and the peak efficiency reaches 96.5%.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看，这项多模式AC-DC LLC谐振转换器技术具有重要的战略价值。该技术通过集成图腾柱Boost PFC与全桥LLC谐振转换器，实现了100-420V超宽输出电压范围，这与我们在电动汽车充电、储能系统双向变流器以及光储一体化解决方案中的核心需求高度契合。
该技术的核心创新在于多模式运行机制。通过采用小容量母线电容并在单级、准单级和两级模式间灵活切换，有效解决了传统LLC转换器在宽电压范围应用中增益调节困难和效率下降的痛点。这对阳光电源的储能变流器产品线尤为关键，因为储能系统需要适应电池全生命周期内的宽幅电压变化，该技术的统一控制策略和平滑模式切换能力可显著提升系统可靠性。
从技术成熟度评估，该方案在全充电范围内实现超95%的效率，峰值效率达96.5%，已具备工程化应用基础。这与阳光电源追求的高效能指标相符，可直接应用于我们的车载充电机（OBC）、直流快充模块以及户用储能系统中。
然而，技术挑战也不容忽视。小容量母线电容设计需要精密的模式切换控制算法，对数字控制平台的实时性要求较高；多模式运行的EMI特性变化也需要深入研究。对阳光电源而言，机遇在于可将此技术与现有的SiC/GaN宽禁带半导体平台结合，开发新一代高功率密度、宽适应性的能源转换产品，进一步巩固在全球新能源市场的技术领先地位，特别是在欧美市场对充电效率和电网适应性要求日益严格的背景下。