諧振開關(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、開關(guān)直流電源微網(wǎng)和電動汽車等功率應(yīng)用中。為了進(jìn)一步拓寬諧振開關(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關(guān)直流電源變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，對電路的基本工作原理、模型建立以及參數(shù)設(shè)計(jì)等問題進(jìn)行了詳細(xì)探討，最終通過功率實(shí)測驗(yàn)證了變換器原理的可行性。
02
研究（項(xiàng)目）背景
傳統(tǒng)LLC諧振變換器具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、額定效率較高等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是一種較為理想的開關(guān)直流電源變換器，其參數(shù)設(shè)計(jì)、控制方式、拓?fù)溲苌仁艿綄W(xué)者們的持續(xù)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(xiàn)在寬增益范圍內(nèi)維持較高效率。針對這一問題，本文嘗試提出了一種多諧振開關(guān)直流電源變換器結(jié)構(gòu)，以期進(jìn)行有益探索。
03
論文所解決的問題及意義
為了緩解諧振開關(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諧振開關(guān)直流電源變換器。它采用雙變壓器結(jié)構(gòu)，利用額外引入的高頻變壓器改善電路電壓增益曲線，可以適應(yīng)多種應(yīng)用場合。不僅可以實(shí)現(xiàn)開關(guān)管零電壓開通，而且能夠在較寬功率范圍內(nèi)保證關(guān)斷電流接近零，獲得準(zhǔn)零電流關(guān)斷特性。二極管也能夠?qū)崿F(xiàn)準(zhǔn)零電流導(dǎo)通和關(guān)斷。同時，變換器具有一個獨(dú)特的諧振零點(diǎn)，它的存在也使得開關(guān)直流電源增益曲線在零至最高值范圍內(nèi)靈活可調(diào)，拓寬了輸入、輸出開關(guān)直流電源電壓范圍，能夠在狹窄的頻率變化范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)對輸出電壓的寬范圍調(diào)節(jié)。此外，諧振零點(diǎn)也對電路的過電流保護(hù)有著有益作用，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題，提出了一種新型雙CLT多諧振軟開關(guān)直流電源變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。采用多諧振技術(shù)，將雙高頻變壓器結(jié)構(gòu)成功應(yīng)用至多諧振電路拓?fù)渖希沟酶倪M(jìn)后的諧振變換器衍生出一個獨(dú)特諧振零點(diǎn)，保證了寬電壓增益、較高效率、良好過電流保護(hù)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)（如圖1所示），分析其基本構(gòu)成方式，結(jié)合主要參數(shù)波形和模態(tài)等效電路對一個開關(guān)周期內(nèi)電路的工作原理進(jìn)行說明。
2）利用等效基波法對電路的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行搭建，求解開關(guān)直流電源電壓增益表達(dá)式，并繪制變換器在不同負(fù)載條件下的增益曲線（如圖2所示）。
3）依照應(yīng)用場景需求，以表達(dá)式形式建立對電路的基本約束，利用matlab程序?qū)撛陔娐穮?shù)進(jìn)行遍歷篩選，并結(jié)合三維圖形曲面最終確定符合條件的電路諧振參數(shù)。
4）根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)果，制作實(shí)驗(yàn)樣機(jī)，對所提出的多諧振開關(guān)直流電源變換器的原理可行性進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)測。
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結(jié)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變壓器，使得電路的電壓增益曲線具有兩個諧振點(diǎn)和一個諧振零點(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(nèi)可調(diào)。同時，通過對電路參數(shù)的合理設(shè)計(jì)，該變換器可以實(shí)現(xiàn)開關(guān)管的零電壓開通和準(zhǔn)零電流關(guān)斷，以及二極管的準(zhǔn)零電流開通和零電流關(guān)斷，使得變換器的開關(guān)損耗大幅下降。最后，本文給出了基于1kW樣機(jī)的實(shí)驗(yàn)波形，其最高效率為95.3%。
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