双向全桥LLC的反向工作增益提升的思考

前言:  如果说双向DCDC用LLC来做是最简单的,但是问题是反向工作时会退化为SRC模式,此时反向传输的增益最大被顶到1.0,因此LLC模式的双向变换器的反向增益提升是个可以值得研究的问题。 

前些年我有搞过一些CLLC的变换器,它的反向增益提升是依靠副边引入的谐振电容来改变增益曲线来实现,但是电容的引入会降低正向增益。然而在低压升高压的应用场景会比较麻烦,因为这个副边增加的电容,如果要过百安的电流显然是个大问题。因此,我根据之前研究台达的BOOST SRC的论文,想到了何不利用这个方法来实现增益提升呢?可见之前我的一些思考:两种谐振全桥实现ZVS和ZCS的控制方式思考。这种应用在SRC上提升增益的方法,正好适合应用在双向LLC的反向增益提升上。 

下图可见台达BOOST SRC的最简单原理,它通过引入副边两个低端开关的导通从而短路变压器提升加在谐振电感两端的电压来提升流入谐振腔的电流,从而实现增益高压1.0的实现方法。在双向LLC的反向增益提升的思考上,是完全可以借鉴这种方法。因为,在低压反向升高压的工作过程中,我们可以让LLC的副边PWM工作在稍低于谐振频率上,这样可以实现原边ZCS和副边ZVS工作,在这个点实现最佳的效率,但是增益只能到1.0。然后通过引入原边高压侧全桥的两个低端开关的导通时间,用于增益的提升。更多具体的增益提升公式,大家可以参考文献1,下面我直接来进行仿真的测试。

测试波形:

仿真模型:输入50V,输出250V,反向输出功率5KW,变压器匝比5/1,谐振频率80KHz。

测试一:工作在稍微低于谐振频率的SRC变换器,负载功率5KW,输出250V,开关频率76KHz

测试二:在测试一工况下引入BOOST SRC策略,原边高压全桥低端开关导通5%占空比,可见输出电压上升到260V

测试三:在测试一工况下引入BOOST SRC策略,原边高压全桥低端开关导通15%占空比,可见输出电压上升到340V,输出功率远大于5KW

小结:通过几个简单的测试可见,通过引入BOOST SRC的控制策略后,能解决双向全桥LLC在反向工作模式时增益不能大于1.0的问题,并且该控制方法简单可靠,在台达OBC上已经长期应用,是一种非常有意义的控制策略。

参考文档:Implementation of 3.3-kW GaN-Based DC-DC Converter for EV On-BoardCharger with SeriesResonant Converter that Employs Combination of Variable-Frequency andDelay-Time Control   Yungtaek Jang, Milan M. Jovanović, Juan M. Ruiz, Misha Kumar, and Gang Liu1, 2 Power Electronics Laboratory, Delta Products Corporation, 5101 Davis Drive, Research Triangle Park, NC, USA Electrical Engineering, Fudan University, Shanghai 200433, People’s Republic of China

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  • 源知 2023-06-10 21:23
    类似是用simulink仿真,又看起来不是
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