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。
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:
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。
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。
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