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，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)計等問題進行了詳細(xì)探討，最終通過功率實測驗證了變換器原理的可行性。
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研究（項目）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，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、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)，以期進行有益探索。
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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，變換器具有一個獨特的諧振零點，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)實現(xiàn)對輸出電壓的寬范圍調(diào)節(jié)。此外，諧振零點也對電路的過電流保護有著有益作用，甚至可以工作在輸出短路的極端工作條件下。
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論文方法及創(chuàng)新點
文章的主要創(chuàng)新點可以概括為針對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?，使得改進后的諧振變換器衍生出一個獨特諧振零點，保證了寬電壓增益、較高效率、良好過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?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)電路的工作原理進行說明。
2）利用等效基波法對電路的數(shù)學(xué)模型進行搭建，求解開關(guān)直流電源電壓增益表達式，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)計結(jié)果，制作實驗樣機，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行驗證實測。
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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和一個諧振零點。諧振零點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，該變換器可以實現(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樣機的實驗波形，其最高效率為95.3%。
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