諧振開(kāi)關(guān)直流電源變換器具有高效率、高頻率、高功率密度以及較低EMI等眾多優(yōu)點(diǎn)，被廣泛推廣于新能源發(fā)電、開(kāi)關(guān)直流電源微網(wǎng)和電動(dòng)汽車(chē)等功率應用中。為了進(jìn)一步拓寬諧振開(kāi)關(guān)直流電源變換器的電壓增益范圍、維持寬功率等級的較高效率，文章提出了一種新型多諧振開(kāi)關(guān)直流電源變換器拓撲結構，對電路的基本工作原理、模型建立以及參數設計等問(wèn)題進(jìn)行了詳細探討，最終通過(guò)功率實(shí)測驗證了變換器原理的可行性。
02
研究（項目）背景
傳統LLC諧振變換器具有結構簡(jiǎn)單、成本低廉、額定效率較高等優(yōu)點(diǎn)，被認為是一種較為理想的開(kāi)關(guān)直流電源變換器，其參數設計、控制方式、拓撲衍生等受到學(xué)者們的持續關(guān)注。然而，受自身諧振特征的限制，LLC電路在電壓增益范圍和變換效率方面仍存在一定矛盾，很難實(shí)現在寬增益范圍內維持較高效率。針對這一問(wèn)題，本文嘗試提出了一種多諧振開(kāi)關(guān)直流電源變換器結構，以期進(jìn)行有益探索。
03
論文所解決的問(wèn)題及意義
為了緩解諧振開(kāi)關(guān)直流電源變換器在增益范圍和變換效率間存在的矛盾，本文提出了一種降壓型雙CLT諧振開(kāi)關(guān)直流電源變換器。它采用雙變壓器結構，利用額外引入的高頻變壓器改善電路電壓增益曲線(xiàn)，可以適應多種應用場(chǎng)合。不僅可以實(shí)現開(kāi)關(guān)管零電壓開(kāi)通，而且能夠在較寬功率范圍內保證關(guān)斷電流接近零，獲得準零電流關(guān)斷特性。二極管也能夠實(shí)現準零電流導通和關(guān)斷。同時(shí)，變換器具有一個(gè)獨特的諧振零點(diǎn)，它的存在也使得開(kāi)關(guān)直流電源增益曲線(xiàn)在零至最高值范圍內靈活可調，拓寬了輸入、輸出開(kāi)關(guān)直流電源電壓范圍，能夠在狹窄的頻率變化范圍內實(shí)現對輸出電壓的寬范圍調節。此外，諧振零點(diǎn)也對電路的過(guò)電流保護有著(zhù)有益作用，甚至可以工作在輸出短路的極端工作條件下。
04
論文方法及創(chuàng )新點(diǎn)
文章的主要創(chuàng )新點(diǎn)可以概括為針對LLC電路在效率和增益方面存在的問(wèn)題，提出了一種新型雙CLT多諧振軟開(kāi)關(guān)直流電源變換器的拓撲結構。采用多諧振技術(shù)，將雙高頻變壓器結構成功應用至多諧振電路拓撲上，使得改進(jìn)后的諧振變換器衍生出一個(gè)獨特諧振零點(diǎn)，保證了寬電壓增益、較高效率、良好過(guò)電流保護能力等有效變換效果。
文章的論證方法可以依次概括為：
1）提出雙CLT變換器的拓撲結構（如圖1所示），分析其基本構成方式，結合主要參數波形和模態(tài)等效電路對一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內電路的工作原理進(jìn)行說(shuō)明。
2）利用等效基波法對電路的數學(xué)模型進(jìn)行搭建，求解開(kāi)關(guān)直流電源電壓增益表達式，并繪制變換器在不同負載條件下的增益曲線(xiàn)（如圖2所示）。
3）依照應用場(chǎng)景需求，以表達式形式建立對電路的基本約束，利用matlab程序對潛在電路參數進(jìn)行遍歷篩選，并結合三維圖形曲面最終確定符合條件的電路諧振參數。
4）根據設計結果，制作實(shí)驗樣機，對所提出的多諧振開(kāi)關(guān)直流電源變換器的原理可行性進(jìn)行驗證實(shí)測。
05
結論
文章提出了一種新型的雙CLT諧振變換器。該變換器在諧振電路中額外引入一個(gè)變壓器，使得電路的電壓增益曲線(xiàn)具有兩個(gè)諧振點(diǎn)和一個(gè)諧振零點(diǎn)。諧振零點(diǎn)的存在使得變換器具有較寬的輸入電壓范圍和極寬的輸出電壓范圍，輸出電壓在零至額定值內可調。同時(shí)，通過(guò)對電路參數的合理設計，該變換器可以實(shí)現開(kāi)關(guān)管的零電壓開(kāi)通和準零電流關(guān)斷，以及二極管的準零電流開(kāi)通和零電流關(guān)斷，使得變換器的開(kāi)關(guān)損耗大幅下降。最后，本文給出了基于1kW樣機的實(shí)驗波形，其最高效率為95.3%。
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