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交錯并聯(lián)全橋LLC電路的仿真驗(yàn)證

CHANBAEK ? 來源:頭條號艾伊電源 ? 作者:頭條號艾伊電源 ? 2023-03-24 11:15 ? 次閱讀

交錯并聯(lián)全橋LLC拓?fù)浒齻€實(shí)現(xiàn)要素:

(1) LLC諧振電路,實(shí)現(xiàn)軟開關(guān);

(2) 原邊交錯控制,減小輸出紋波電流

(3) 共占空比控制的多個子模塊之間輸入串聯(lián)/輸出并聯(lián)(ISOP)的連接方式;

實(shí)際此電路的均流,是依靠要素(3)實(shí)現(xiàn),與要素(1)和(2)無關(guān)。

對于共占空比的ISOP連接方式,有如下三點(diǎn):

(1) PFC側(cè)提供能量給母線電容,并使DC-DC側(cè)的總母線電壓保持恒定;

(2) PFC側(cè)只保證總母線電壓的恒定,不對單獨(dú)的子電路單元的母線電容兩端電壓進(jìn)行控制;

(3) 對于串聯(lián)的子單元模塊,其負(fù)載所需的能量直接從各自的母線電容上獲取;若其中一路子單元所取能量增大,該路對應(yīng)的母線電容電壓就會降低;

對ISOP拓?fù)溥M(jìn)行簡化。將諧振電路的開關(guān)網(wǎng)絡(luò)/諧振腔/整流網(wǎng)絡(luò)整合到一起,用電抗 來表示,并保留能量單向傳輸?shù)奶匦裕沙醪胶喕翀D17的示意圖。

poYBAGQdFd2ABYhfAAAfEGOdgxA457.jpg

圖17 簡化的ISOP拓?fù)涫疽鈭D

其中,Z1(f)和Z2(f)分別為LLC1和LLC2原邊的等效電抗,其值與開關(guān)頻率相關(guān)。根據(jù)該圖,有:

(1) 總母線電壓一定,有:u1+u2=constant;

(2) 輸出電壓和負(fù)載穩(wěn)定,有:i1+i2=canstant。

設(shè)Z1(f)=Z2(f)。此時,若i1>i2,按照歐姆定律,則u1>u2;而從C1取的能量大于C2取的能量,又有u1

在Z1(f)≠Z2(f)時,模塊會有一定的不均流。同時由于上述的這種負(fù)反饋?zhàn)饔茫沟貌痪鞫扔兴諗俊?/span>

Z(f)包含的器件有:半導(dǎo)體器件/磁性器件/諧振電容。由于半導(dǎo)體器件工作在開關(guān)狀態(tài),在系統(tǒng)分析時,可以理解為理想器件。因此,先不考慮半導(dǎo)體器件的影響。這里主要關(guān)注的器件包括上下兩路LLC的諧振電感/諧振電容/主變,也就是電路的諧振參數(shù)對模塊不均流度的影響。另外,考慮母線電容容值偏差對不均流度的影響。

仿真驗(yàn)證

下面仿真驗(yàn)證該拓?fù)涞牟痪鞫惹闆r。從示意圖15可知,諧振參數(shù)差異越大,模塊的不均流度越大。這里對比的情況包括:

(1) 勵磁電感參數(shù)差異對不均流度的影響。這里考慮差異最大的情況,一路LLC的勵磁電感正偏5%,一路LLC的勵磁電感負(fù)偏5%;

(2) 諧振電感和諧振電容參數(shù)差異對不均流度的影響。這兩個參數(shù)的總電抗為:

poYBAGQdFd6ANp-aAAALFEp9ink142.jpg

則,L越大,C越大,則電抗Z越大;L越小,C越小,則電抗Z越小。因此,考慮一路LLC的L和C均正偏至最大,另一路的L和C均負(fù)偏至最小;

(3) 將(1)和(2)匯總考慮,并考慮輕載和重載的情況;

(4) 考慮母線電容容值差異對不均流度的影響。考慮差異最大的情況,上路LLC的母線電容容值正偏20%,下路LLC的母線電容容值負(fù)偏20%;

仿真模型建立如圖18。諧振參數(shù)差異情況如表3,仿真結(jié)果如表4。

pYYBAGQdFd-Af_jTAAA2WFlNhWg779.jpg

圖18 交錯并聯(lián)全橋LLC的仿真電路圖

表3 仿真參數(shù)的差異情況

功率等級(kW) 諧振電容(容差) 諧振電感(容差) 勵磁電感(容差) 主變匝比 母線電壓 輸出濾波電容 單路母線電容(容差)
25kW 330nF (±5%) 8uH (±6%) 80uH
(±5%)
28:20 840V(輸出290V)
790V(輸出267.5V)
750V(輸出240V)
220uF×12 330uF×4

表4 不均流度的仿真結(jié)果

序號 參數(shù)偏差情況 輸出電壓 輸出功率 諧振電感電流的不均流度 母線電壓差異
LLC1諧振參數(shù) LL2諧振參數(shù)
1 不偏 不偏 267.5V 滿載 0.013% 0.02V
2 僅勵磁電感正偏 僅勵磁電感負(fù)偏 290V 滿載 0.19% 0.14V
267.5V 滿載 0.23% 0.18V
240V 滿載 0% 0V
3 僅諧振電感和諧振電容正偏 僅諧振電感和諧振電容負(fù)偏 290V 滿載 0.88% 8.8V
267.5V 滿載 0.42% 8.4V
240V 滿載 0.64% 10.9V
4 諧振電感正偏,諧振電容負(fù)偏 諧振電感負(fù)偏,諧振電容正偏 290V 滿載 0.34% 3.1V
267.5V 滿載 0.21% 2.8V
240V 滿載 0.18% 5.8V
5 全部正偏 全部負(fù)偏 290V 滿載 0.86% 10.2V
半載 0.22% 13.2V
10%負(fù)載 0.6% 10.7V
267.5V 滿載 1.35% 13V
半載 0.51% 12.7V
10%負(fù)載 0.29% 8.8V
240V
10%負(fù)載
滿載 1.33% 11.8V
半載 0.13% 13.9V
10%負(fù)載 0.16% 5.3V
6 僅母線電容容值正偏20% 僅母線電容容值負(fù)偏20% 267.5V 滿載 0.23% 0.036V

其中,ip1和ip2分別為LL1和LL2的原邊電流有效值,ip為諧振參數(shù)一致時模塊滿載輸出的LL1或LL2原邊電流有效值。

仿真結(jié)果表明:

(1) 序號2表明,勵磁電感的參數(shù)差異,對模塊不均流度的影響很小;純勵磁電感的差異造成的不均流度最大為0.23%;

(2) 序號3和4對比表明,諧振電感和諧振電容造成的最大不均流度為0.88%;且是在兩路LLC參數(shù)差異最大的情況下,不均流度最大;

(3) 從序號5可見,模塊最大的不均流情況,發(fā)生在滿載時;

(4) 在限定的諧振參數(shù)范圍內(nèi),模塊最大的不均流度為1.35%左右,對應(yīng)的工況為267.5V/滿載輸出。

(5) 從序號6可見,母線電容容值的偏差,對不均流度影響很小;

綜上,ISOP拓?fù)涞木餍Ч茫瑵M足使用要求。

聲明:本文內(nèi)容及配圖由入駐作者撰寫或者入駐合作網(wǎng)站授權(quán)轉(zhuǎn)載。文章觀點(diǎn)僅代表作者本人,不代表電子發(fā)燒友網(wǎng)立場。文章及其配圖僅供工程師學(xué)習(xí)之用,如有內(nèi)容侵權(quán)或者其他違規(guī)問題,請聯(lián)系本站處理。 舉報(bào)投訴
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