每日文献【2020|003】一种带辅助双向开关单元的宽输入电压范围LLC谐振变换器

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杨东江，段彬，丁文龙等
一种带辅助双向开关单元的宽输入电压范围LLC谐振变换器
电工技术学报

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概述

以软开关特性及高效而著称的LLC谐振变换器，往往需要具备宽输入电压范围，以满足掉电保持时间的实际应用要求。常采用降低励磁电感值的方法，但会增大谐振网络回流功率，降低运行效率。为此，提出一种带辅助双向开关单元的LLC谐振变换器，能够在输入母线电压跌落时，充分利用辅助双向开关单元，使得变换器能够在较大的励磁电感下，实现高电压增益和高效常态运行。

工作原理

带辅助双向开关单元的全桥LLC谐振变换器（BS-FBLLC）的电路拓扑如下图所示。

BS-FBLLC变换器有常态和掉电保持两种运行模式，分别工作于交流母线电压正常和跌落两种工况。

常态运行模式时，BS-FBLLC变换器调频模式（PFM）下电压增益特性曲线如下图所示。

掉电保持运行模式时，辅助双向开关开始投入运行，工作于PWM方式，变换器正负半周期运行波形对称。以正半周期为例，工作过程可分为4个模态。

混合控制策略

单独调节开关频率或辅助开关单元占空比的方式，无法同时实现常态运行下的高效率和掉电保持运行模式下的高增益。为此，提出一种混合式控制策略，其工作原理下图所示

结论

LLC 谐振变换器具有自然软开关特性等优点，但难以兼顾最优的常态运行效率和掉电保持时间。本文提出的BS-FBLLC 谐振变换器则能有效解决这一问题。交流母线电压跌落时，BS-FBLLC 变换器从常态运行模式切入掉电保持工作模式，充分利用辅助开关单元，通过调节占空比来提高电压增益，保证输出电压稳定；交流母线稳定时，变换器运行于常态模式，谐振网络回流小，导通损耗低，且开关管工作于软开关状态，运行效率高达96.8%，可广泛应用于分布式电源系统等领域。