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具有自然均流与相位卸载的多相LLC谐振变换器
Multiphase LLC Resonant Converter With Natural Current Sharing and Phase-Shedding
| 作者 | Ubaid Ahmad · Roberto Giral · Carlos Olalla · Ariya Sangwongwanich · Pooya Davari · Frede Blaabjerg |
| 期刊 | IEEE Transactions on Industry Applications |
| 出版日期 | 2025年2月 |
| 技术分类 | 电动汽车驱动 |
| 技术标签 | LLC谐振 |
| 相关度评分 | ★★★★ 4.0 / 5.0 |
| 关键词 | 多相LLC谐振变换器 均流 移相 效率 实验验证 |
语言:
中文摘要
多相 LLC 转换器常用于高功率和高降压应用。然而，谐振槽路参数的容差会导致电流分配不均，降低系统可靠性。此外，通过关断部分相位，相位切除技术可在部分负载下提高转换器效率。本文提出了一种具有公共电感 - 电容支路的多相输入并联输出并联 LLC 谐振转换器，旨在同时实现出色的电流分配和相位切除功能。得益于该公共支路，电流能够自然分配，且在实现相位切除时不会影响工作点。与现有解决方案相比，该设计所需的无源元件更少，相位连接简单，具有低成本、高功率密度以及提高轻载效率的优点。详细分析表明，与以往方法相比，该设计在初级侧和次级侧的电流分配均有所改善。针对所提出的两相 LLC 谐振转换器进行的仿真和实验结果验证了理论分析，并展示了其电流分配和相位切除功能的有效性。在 800 W 的额定负载下，初级侧的电流分配误差为 2.48%，次级侧为 2.0%。相位切除技术在 50%负载时可将效率提高 3.60%，在 25%负载时可提高 6.82%。
English Abstract
The multiphase LLC converter is commonly used for high-power and high step-down applications. However, the tolerances in the tank circuit parameters cause uneven current sharing (CS), reducing system reliability. Additionally, phase-shedding (PS) can improve converter efficiency at partial load by turning-OFF phases. This paper proposes a multiphase input-parallel output-parallel LLC resonant converter with a common inductor-capacitor branch, with the objective to achieve excellent CS and phase-shedding at the same time. Thanks to the shared branch, current-sharing is natural, and phase-shedding is realized without affecting the operating point. With fewer passive componentsand a simple phase connection, the design offers low-cost, high-power density, and improved light-load efficiency compared to existing solutions. Detailed analysis shows improved CS on both the primary and secondary sides, when compared to previous approaches. Simulation and experimental results for the proposed two-phase LLC resonant converter validate the analysis and illustrate the effectiveness of the CS and PS capabilities. At the rated load of 800 W, CS error is 2.48 % on the primary side and 2.0 % on the secondary side. Phase-shedding improves efficiency by 3.60 % at 50 % load and 6.82 % at 25 % load.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看，这项多相LLC谐振变换器技术对我们在光伏逆变器和储能系统领域的产品升级具有重要参考价值。该技术通过共享电感电容支路实现了自然均流和相脱落功能，直接解决了我们在大功率DC-DC变换环节面临的两个核心痛点。
在光伏储能系统中，DC-DC变换器需要处理宽范围的功率波动。传统多相LLC方案因谐振参数容差导致的均流不均问题，会降低系统可靠性并增加热管理难度。该技术实现的2.48%原边和2.0%副边均流误差，显著优于常规方案，这对提升我们储能变流器PCS的长期可靠性和降低过设计裕量具有实际意义。更重要的是，相脱落功能在50%负载时提升3.6%效率、25%负载时提升6.82%效率，这与光伏发电的日变化曲线高度契合，能有效提升系统全天候加权效率。
从技术成熟度评估，该方案通过800W样机验证了核心原理，但距离我们百千瓦级乃至兆瓦级应用还需要功率等级扩展验证。技术优势在于减少无源器件数量、简化相间连接，这与我们追求高功率密度和成本优化的产品战略一致。
应用机遇主要体现在：一是可应用于新一代组串式储能系统的宽压DC-DC模块；二是在光储充一体化场景中，为直流快充提供高效降压方案。技术挑战包括多相数扩展时的磁集成设计、共享支路在大功率下的损耗分布，以及相脱落切换时的瞬态控制策略。建议我们中央研究院电力电子团队进行深入的仿真评估和小批量试制验证。