CLLC双向谐振变换器电感–变压器矩阵式一体化集成与优化设计

文中提出CLLC双向谐振变换器高频谐振电感–变压器一体化磁集成结构。采用矩阵式磁芯结构和非对称绕组结构设计,仅通过一个磁件即实现了双向CLLC谐振变换器中原边高频谐振电感、副边谐振电感和高频隔离变压器的集成,且利用矩阵式磁芯结构布局,实现了磁板中高频磁通抵消和磁通均匀分布,有效降低了磁件体积和损耗。文中详细分析所提出的矩阵式集成功率磁件的磁路模型,并给出集成功率磁件的优化设计方法,最后通过有限元仿真和样机实验证明所提出的电感–变压器一体化集成方案的可行性和有效性。     

基于磁集成的LLC谐振变换器设计

介绍了LLC型谐振变换器的主电路结构和工作原理,给出了基于最优转换效率的LLC谐振变换器谐振网络参数的详细设计过程,并应用无源集成技术,将谐振参数及变压器集成在同一个磁芯上,通过对比磁性元件集成通用结构,推导出磁集成的改进结构。设计了一台工作频率80 k Hz、功率为440 W的变换器,通过仿真软件Saber验证了参数设计的合理性,实验结果验证了设计方法的可行性和有效性。     

平面集成磁件在电源中的应用

在有源钳位正激变换器工作原理基础上,利用磁集成技术,将变压器与滤波电感集成在一个磁芯上,对该集成磁件进行了分析研究。通过电路和磁路推导,提出了该集成磁件的等效模型和设计依据。设计了特殊的磁芯和绕组结构,采用特殊磁性材料制作薄膜磁芯,实现集成磁件的平面化。采用有限元分析工具,对集成磁件进行仿真,得出了磁通密度的分布情况。在集成磁件模型基础上,对变换器进行仿真,得出了变换器的输出结果,实现了变换器的零纹波,验证了设计的正确性。     

高频LLC谐振变换器的磁集成和一体化PCB绕组优化设计

研究了一种基于磁集成技术和一体化PCB绕组的高频高密度LLC谐振变换器的优化设计与实现方式。LLC谐振变换器的变压器与谐振电感被集成在一个磁芯中，通过将谐振电感配置在变压器副边以实现两个磁件之间更大的磁通相位差。有限元仿真结果表明，相比于分立磁件，集成磁件的体积降低了12%，磁芯损耗降低了23%。此外，为了减小PCB绕组层间电容引起共模噪声，研究了一种针对全桥整流电路的对称一体化PCB绕组实现方式，部分屏蔽层绕组集成为原边绕组以提高绕组利用率。最后，搭建了一台1.2 MHz-750 W-270 V/48 V的LLC谐振变换器，峰值效率达96.6%，功率密度达44 W/mm³，共模电流的对比测试结果也验证了所研究的一体化PCB绕组的有效性。     

一种可控励磁电感的LLC变换器的效率优化

对于LLC谐振变换器轻载效率低的问题,提出一种可控励磁电感的半桥LLC(HB-LLC)谐振变换器。该方案在不改变变换器整体拓扑结构的基础上,只在变压器的两侧磁柱缠绕偏置绕组,通过Buck电路控制偏置绕组电流的大小,通过调节磁芯的磁导率,使得励磁电感的感值发生改变,实现对变换器轻载效率的有效提升。对可控电感的磁路和控制方法进行了详细分析,为谐振变换器工作状态提供理论依据。给出了可控电感的控制逻辑,在此基础上对负荷也进行了分区控制,实现了LLC变换器轻载效率的提高。此外,给出了电路主要元件参数设计流程,并设计制作了一台满载1 kW的电源样机,通过仿真和实验共同验证了所提方案的可行性,与传统的LLC电路相比该电路具有更高的轻载效率。     

基于UCC25600的LLC谐振变换器设计

介绍了TI公司的LLC谐振变换器控制芯片UCC25600。分析了LLC电路的工作原理和UCC25600在LLC半桥谐振式开关电源中的用法。采用磁集成技术,利用变压器的漏感和励磁电感,将谐振电感Lr集成到变压器中,减少了磁件的数量和体积,减小变压器副边漏感,以确保副边整流管实现零点流开关。最后制作了样机,实验结果表明,该LLC谐振变换器结构简单,运行可靠,输出稳定。     

交错并联LLC谐振变换器的磁集成均流特性

为了扩充容量,LLC谐振变换器多采用两相或多相交错并联结构,然而,由于交错并联LLC谐振变换器中各并联相的谐振元件参数(主要包括谐振电感和谐振电容)不可避免地存在偏差,使得各相LLC谐振变换器之间的电压增益不相等,导致各相电流不均衡。针对这一问题,该文提出一种180°交错并联LLC谐振变换器的磁集成均流方案,通过对各个并联相谐振电感进行磁集成,在不增加额外电路和不改变控制策略的情况下,实现各相LLC电路一次电流和负载电流的自动均衡,不但保持了LLC谐振变换器所固有的软开关特性,而且还提高了效率,并将谐振电感的数量由两个减少为一个。搭建了输出功率为1kW的两相交错并联磁集成LLC谐振变换器实验样机,验证了磁集成均流方案的有效性。     

可削减直流偏磁集成磁件在DC/DC变换器中的应用

在开关电源中存储和传递直流功率，会在磁件铁心中产生较大的直流偏磁，限制了磁件铁心利用率和电源性能的提高。该文依据削减和消除直流偏磁的思想，提出一种用于两通道交错并联型Buck变换器的可削减直流偏磁的集成磁件结构，建立了集成磁件的等效磁路和电路模型，分析了集成磁件的交、直流磁通分布及其对变换器动态响应速度、稳态电流纹波和输出电流波形的影响，给出了集成磁件的设计公式，完成了采用这种集成磁件的两通道交错并联型Buck变换器原理样机设计，通过理论分析和实验证明该文提出的可削减直流偏磁的集成磁件结构与现有结构相比具有诸多优点。     

正激功率变换器的磁集成

正激功率变换器广泛应用于中小功率电源变换场合.磁集成技术有助于降低磁元件绕组电流纹波及器件开关损耗,提高电源效率.通过对磁芯内部磁通有效合成,可减小交流磁通和直流偏磁,降低磁元件体积和重量.这里比较了正激功率变换器中分立磁件、解耦集成磁件和耦合集成磁件,分析各自输出纹波电流与磁路磁阻的关系,建立了100W原理样机,得出...     

倍流整流DC-DC变换器近场耦合集成磁件分析

利用磁性元件磁场近场泄漏的耦合,分析其在倍流整流变换器磁集成结构上的应用。采用磁路-电路对偶等效变换获得近场耦合集成磁件的等效电路模型,直观地对两种现有磁集成方案进行统一描述。论文详细分析集成磁件磁心内部的交、直流磁通分布。基于磁件的回转器-电容模型,对不同近场磁阻下电路的工作情况进行深入的讨论。建立48V输入、12V/90W输出的磁集成原理样机,并进行实验验证和性能评估。     

LLC谐振变换器磁性元器件的优化设计

分析了LLC谐振参数对变换器性能的影响,总结出LLC谐振参数的图解法,能快速得到谐振参数的最优值。通过对磁芯窗口磁势和绕组电流的傅里叶分析,可以得到绕组排布的最优设计和导线线径的最优选取,使得绕组损耗最小。     

双向LLC谐振变换器谐振电感磁集成方案

双向LLC谐振变换器实现了能量的双向流通,变换效率高,被广泛应用于新能源领域.但其变压器原副边各有一个谐振电感,增大了变换器体积,不符合高功率密度的发展要求;同时,磁性元件的增加会降低整机效率.针对上述问题,详细分析了双向LLC谐振变换器的工作原理以及主要工作波形,选择合适的方案对2个谐振电感进行磁集成设计.在确保变换...     

基于临界Buck-Boost的新型单级交直变换器

针对现有可高压输入单级交直变换器功率因数校正单元磁性器件数量偏多的问题,本文提出了一种基于临界Buck-Boost和LLC谐振电路的单级交直变换器,所提变换器在实现功率因数校正(PFC,power factor correction)的基础上,既保留了LLC谐振电路软开关的优良特性,又实现了开关管和Buck-Boost电感的磁集成。本文在详细分析所提变换器工作原理的基础上搭建了一台100 W的样机。其中,样机额定工作状态下功率因数(PF,power factor)值为0.974、总谐波失真(THD,total harmonic distortion)为17%、效率为90.6%,所得结果验证了所提变换器的优良特性。     

基于Maxwell的半桥LLC谐振变换器平面磁元件优化设计

LLC谐振变换器广泛应用于分布式电源系统DC/DC变换器的前端和可再生能源发电系统,而LLC谐振变换器的磁元件的集成平面化使其具有高性能、高效率和低成本的优点.介绍一种基于损耗的改进的变换器设计方案,从损耗、增益、空载特性等多角度分析谐振电感、变压器激磁电感、谐振电容的影响,从而确定性能最优的系统参数.由于平面磁元件在DC/DC变换器中起着十分重要的作用,通过有限元分析软件Maxwell对多种结构形式的平面变压器进行数值仿真,确定变压器设计的最优结构,实现对LLC谐振网络的精确控制.     

主回路电流有效值最小的LLC参数优化设计

提出了一种适用于LLC倍压谐振变换器参数设计方法。首先,推导出了LLC倍压谐振变换器主回路谐振电流峰值和有效值表达式,分析了LLC倍压谐振变换器的ZVS导通条件,建立了变换器优化设计模型。然后,利用MATLAB优化设计方法对LLC电路进行了优化设计。最后通过Pspice仿真实验验证了优化方案的可行性。     

宽输入高增益隔离升压型DC/DC变换器

隔离升压型DC/DC变换器是一类可以将低压直流母线变换成高压直流母线并实现电气隔离的变换器的统称。该技术在新能源发电领域如燃料电池发电系统以及微逆变器系统中应用广泛,其研究热点是宽输入适应性、高增益和高效率功率变换。LLC谐振变换器很好地符合这些要求。为此,研究了基于全桥LLC谐振变换器的高增益隔离升压型DC/DC变换器,提出了单级式和两级式两种方案,单级式方案为输出稳压LLC谐振变换器,而两级式方案为Boost变换器级联输出不稳压LLC谐振变换器。分别提出了LLC谐振变换器在单级式和两级式方案中的基于最佳励磁电感的谐振腔参数设计方法,并且分别通过样机实验验证了所提出的设计方法的有效性。     

主回路电流有效值最小的LLC参数优化设计

提出了一种适用于LLC倍压谐振变换器参数设计方法.首先,推导出了LLC倍压谐振变换器主回路谐振电流峰值和有效值表达式,分析了LLC倍压谐振变换器的ZVS导通条件,建立了变换器优化设计模型.然后,利用MATLAB优化设计方法对LLC电路进行了优化设计.最后通过Pspice仿真实验验证了优化方案的可行性.     

基于LLC变换器的多路LED自动均流策略研究

针对大功率LEDSg动电源需要实现多路均流输出的特点,提出1种新型的具有多路LED均流功能的磁集成LLC变换器,将LLC变换器中的变压器与均流耦合电感集成在1个磁芯上,并通过加入均流电容实现多路输LED自动均流。详细分析磁集成LLC变换器的集成方案及均流原理。设计1台80W4路均流输出的LED-~动电源,实验结果验证了所提方案是可行的。     

考虑寄生参数的LLC谐振倍压变换器优化设计

在LLC谐振倍压变换器的优化设计中,谐振参数对于变换器的性能具有重要影响。在高压电源中,由于其变压器升压比高,变压器寄生参数往往较大,给LLC谐振倍压变换器的谐振参数优化设计带来了困难。针对LLC谐振倍压变换器,建立了包含变压器寄生参数的电路模型,分析了变压器寄生参数对LLC谐振倍压变换器的影响,并带入参数优化设计过程,推导出了保证软开关条件下谐振电流最小的谐振参数优化设计方法,利用Matlab优化方法对LLC电路进行优化设计。最后通过仿真和实验验证了该方法的正确性和可行性。     

基于柔性电感的恒频控制LLC谐振变换器

传统LLC谐振变换器采用变频控制,在输入电压变化范围较宽时开关频率变化范围宽,其磁性元件难以优化设计.将LLC谐振变换器中的谐振电感设计为柔性电感,通过改变柔性电感的电感而改变变换器的谐振频率,改变LLC变换器的输出特性,实现宽输入电压、宽负载范围内的恒频调压,进而可以实现变压器、电感、滤波电容等元件的优化设计.首先介...