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能智造与信息技术车载双向CLLLC谐振DC/DC电源设计国建岭（精进电动科技股份有限公司北京100015）摘 要：为了提高车载充电电源的转换效率、功率密度，降低车载充电电源转换器的能耗损失，实现车载电源双向电源变换的目的，车载电源采用具有软开关特性和双向电流功能的全桥CLLLC谐振结构设计。
本文对样机经过实际测试，此电源不仅可以实现软开关双向电源变换，并且峰值转换效率可达98%，由实验数据可得出此电源可以有效降低车载电源功率变换时的能耗损失。
关键词：C LLLC 谐振DC/DC AMC1311AMC1302车载电源中图分类号：T M44文献标识码：A文章编号：1674-098X(2022)09(c)-0112-06Design of On-Board Bidirectional CLLLC Resonant DC/DCPower SupplyGUO Jianling( Jing-Jin Electric Technologies Co., Ltd., Beijing, 100015 China )Abstract: In order to improve the conversion efficiency and power density of the on-board charging power sup‐ply, reduce the energy loss of the on-board charging power converter, and realize the purpose of bidirectional power conversion of the on-board power supply, the on-board power supply adopts a full-bridge CLLLC reso‐nant structure with soft switching characteristics and bidirectional current function design. Through the actual test of the prototype in this paper, the power supply can not only achieve soft switching bidirectional power conversion, and the peak conversion efficiency can reach 98%. From the experimental data, it can be concluded that the power supply can effectively reduce the energy consumption loss during vehicle power conversion.Key Words: CLLLC; Resonant; DC/DC; AMC1311; AMC1302F6; On-board Power Spply车载DC/DC电源是电动汽车（EV）和混合动力电动汽车（HEV）的重要组成部分，是对车载动力电池进行充放电的核心器件。
交错并联全桥LLC深入剖析一、交错并联全桥LLC概述交错并联全桥LLC是一种先进的谐振变换器拓扑，其在许多方面都展现出优越的性能。
通过巧妙地结合LLC谐振变换器和全桥电路的原理，它在能量传输、电压调节以及功率控制方面都表现出了独特的能力。
该电路拓扑具有高效率、高功率密度和良好的电磁兼容性等优点，使其在各种电源管理应用中成为理想选择。
二、工作原理及特性1.工作原理：交错并联全桥LLC的工作原理基于LLC谐振变换器和全桥电路的工作原理。
在LLC谐振回路中，电流和电压的波形在开关管导通和关断时发生谐振，从而实现能量的传递。
全桥电路的四个开关管交替导通和关断，使能量可以在谐振回路和负载之间双向流动。
在交错并联全桥LLC中，两个开关管在半个周期内交替导通，形成两个半桥电路的交错并联。
这种结构有助于减小输出电压的波动，提高系统的稳定性，并减小输入电流的纹波，从而提高电源的效率。
2.特性：交错并联全桥LLC的主要特性包括：o电压和电流控制：通过调节开关管的占空比，可以实现对输出电压和电流的精确控制。
o谐振操作：在开关管导通和关断时，电路发生谐振，从而实现能量的高效传输。
o交错并联：通过两个半桥的交错并联，减小了输出电压的波动，提高了电源的稳定性。
o高效率：由于其谐振特性和优化的开关管控制，交错并联全桥LLC具有较高的效率。
三、设计与优化1.设计考虑因素：在设计交错并联全桥LLC时，需考虑以下关键因素：o谐振参数：确定适当的Lr和Cr值，以在期望的频率下实现最佳的谐振效果。
o开关管选择：根据应用需求选择具有合适导通电阻、快速开关速度和耐压能力的开关管。
o输出整流器设计：选择合适的整流器，确保其在反向恢复期间有低的电荷、合适的正向压降以及适当的反向耐压。
2.优化策略：为了进一步提高交错并联全桥LLC的性能，可以采用以下策略：o软开关技术：通过在开关管两端添加电容或电感实现软开关，以减小开关损耗和EMI。
o磁集成技术：利用磁集成技术减小变压器的体积和重量，提高电源的功率密度。
100kW感应加热软开关逆变器设计
感应加热作为一种非接触的加热手段,具有清洁、节约能源、工
作效率高等优点,随着感应焊接,感应淬火,感应熔炼,感应加热固化
等行业,广泛的应用可能性和巨大的市场需求已成为一项不容忽视的
主要加热技术。
针对高频大功率化的研究成为主要热点。
传统的硬件拓扑结构存在很多问题,且难以满足需求。
本文以基于MOSFET的感应加热电源为研宄对象,应用MMC级联拓扑结构设计一台100kW/20kHz
的串联谐振型感应加热电源。
首先,本文介绍了感应加热电源的发展
过程,分析了感应加热的原理和影响感应加热的主要因素。
接下来,
比较和分析不同的功率控制方案,通过比较几种功率控制方法,得出
结论:整流侧功率调整有利于提高电源的频率和功率。
选择高频感应
加热器的不控整流和斩波功率调节作为调节模式。
其次,对多电平逆
变器的拓扑结构及控制方法进行对比分析,选择功率器件更少的半桥
式MMC子模块拓扑结构,同时采用子模块串联及并联的方式达到分压、分频和分流的效果。
并且使用损耗更低的MOSFET代替常用的IGBT器件,实现高频和大功率化。
分析MMC逆变电路的控制方式,深入研究MOSFET开关特性和控制电路设计要求。
最后,在分析和研究的基础上,选择直流侧电路来完成功率设置,数字锁相环设计用于频率跟踪和控
制锁相,保证负载工作在准谐振状态。
对仿真结果进行分析,得出通过串、并联式半桥MMC子模块逆变拓扑结构实现了分压、分频及分流的效果,同时对硬件电路进行设计,100kW/20kHz大功率高频感应加热逆变器设计方案可行有效。
LLC半桥谐振开关电源原理介绍与逆变电路LLC半桥谐振原理介绍随着开关电源技术的研究与发展，高效电路模块（软开关）技术得到了广泛的应用，主要为谐振型的软开关拓扑和 PWM 型的软开关，近几年来，随着半导体器件制造技术的发展，开关管的导通电阻、电容和反向恢复时间越来越小了，对于谐振变换器来说，如果设计得当，能实现软开关变换，使得开关电源具有较高的效率，LLC 谐振变换器实际上来源于不对称半桥电路，后者用调宽型(PWM)控制，而 LLC 谐振是调频型（PFM）电源电路。
0928ELLC半桥谐振电源开关原理框图在工作中，半桥串联谐振的DC-DC转换器通过改变开关管的开关频率进行转换，谐振网络的输入电压频率也将同步发生改变，谐振网络的阻抗也将发生改变，并 进一步影响负载端的电压发生相应的变化。
由于这种分压作用，串联谐振变换器的直流电压增益≤1，当电路的开关频率工作在谐振频率Lr和Cr谐振点时，谐振网络的阻抗达到最小，输入的电压绝大部分传递到负载端，此时变换器的直流电压增益最大为1。
LLC半桥谐振逆变电路根据负载结构的不同形式，逆变器分为两种形式：串联谐振逆变器，即电容与负载串联连接，也称电压源型逆变器；并联谐振逆变器，即电容与负载并联连接，也称电流源型逆变器。
本文主要对串联谐振逆变器的主电路结构、控制和调功方法进行研究。
全桥串联谐振逆变器串联谐振逆变器分为全桥串联谐振逆变器和半桥串联谐振逆变器两类，首先对全桥串联谐振逆变器进行介绍，其电路结构如下所示。
0928F 串联型逆变器根据负载工作状态的不同可以分为三种工作模式：容性状态、感性状态和谐振状态，状态下负载电压和电流的相位关系，分别为负载电压、负载电流的波形，负载电压与负载电流之间的相位角。
桥臂谐振电容与负载串联，而不是自成回路，即流过负载的电流将全部流过开关管IGBT，因此，在这种电路中一般采用多个开关管并联，两类半桥串联谐振逆变器结构上的不同在于对于第1类半桥串联谐振逆变器，谐振电容与负载槽路直接串联，此类逆变器一般应用于小功率领域；半桥串联谐振逆变器，两个谐振电容相当于是两个桥臂，一般用于较大功率。
第51卷第18期电力系统保护与控制Vol.51 No.18 2023年9月16日Power System Protection and Control Sept. 16, 2023 DOI: 10.19783/ki.pspc.230146抑制谐波谐振的并网逆变器机侧电流反馈的CVFAD设计方法李玉龙，杨 明，杨 倬，朱 军(河南理工大学电气工程与自动化学院(河南省煤矿装备智能检测与控制重点实验室)，河南 焦作 454003)摘要：LCL型并网逆变器机侧电流反馈控制较并网电流反馈控制具有更高的稳定性。
但受数字控制延时的影响，系统的稳定性取决于谐振频率与采样频率的比值。
且谐振频率附近存在一个谐波放大频域，在弱电网工况下易引发谐波谐振现象。
而传统机侧电流反馈的双环控制方法受带宽限制，无法达到理想的稳定分界频率。
针对该问题，提出一种电容电压有源阻尼的新型控制方法。
该方法采用电容电压反馈内环提升系统阻尼效果，通过附加电容电压反馈回路使得系统开环零点重新配置，达到消除反向谐振峰的目的。
理论分析表明，所提方法拓宽了系统稳定区间，不仅消除了谐波放大频域，且在电网阻抗宽范围变化时，系统始终具有较高的鲁棒性和控制性能。
最后，通过仿真和实验验证了理论分析的正确性和所提方法的有效性。
关键词：并网逆变器；机侧电流反馈；有源阻尼；弱电网；数字控制延时Design method for CVFAD of grid-connected inverter inverter-side current feedback withharmonic resonance suppressionLI Yulong, YANG Ming, YANG Zhuo, ZHU Jun(School of Electrical Engineering and Automation, Henan Key Laboratory of Intelligent Detection and Control of CoalMine Equipment, Henan Polytechnic University, Jiaozuo 454003, China)Abstract: LCL-type grid-connected inverter inverter-side current feedback control has higher stability than grid-connected current feedback control. However, its stability is dependent on the ratio of the resonant frequency to the sampling frequency because of the influence of digital control delay.Additionally, there exists a harmonic amplification frequency domain near the resonant frequency. This can lead to harmonic resonance phenomena, particularly in weak grid conditions. The traditional dual-loop control method with inverter-side current feedback is limited by its bandwidth and cannot achieve the desired stable dividing frequency. To address this problem, a new control method of capacitor voltage active damping is proposed. The method adopts a capacitor voltage feedback inner loop to enhance the damping effect of the system, and the additional capacitor voltage feedback loop reconfigures the system open-loop zero point to achieve the purpose of eliminating the reverse resonance peak. Theoretical analysis shows that the proposed method widens the system stability interval. It not only eliminates the harmonic amplification frequency domain but also maintains high robustness and control performance even with wide variations in grid impedance. Finally, the correctness of the theoretical analysis and the effectiveness of the method are verified by simulation and experiment.This work is supported by the National Natural Science Foundation of China (No. U1804143).Key words: grid-connected inverter; inverter-side current feedback; active damping; weak grid; digital control delay0 引言以风能、光伏为代表的新能源发电行业迅猛发展，并网逆变器作为新能源分布式发电和大电网之间的关键接口设备，其性能的优劣对并网电能质量基金项目：国家自然科学基金项目资助(U1804143) 极其关键。
并联谐振逆变电源的电路设计
本文提出了一种应用于感应加热的并联谐振逆变电源设计方案，针对其主电路、斩波电路及逆变器控制电路等进行了分析和设计。
电路构成及设计
电源的系统框图为图1所示，三相交流电压通过不控整流及滤波电路后转换为直流电压，该电压被送到直流斩波器进行斩波调节，变为功率可调节的近似恒流源后输入逆变器，之后控制感应加热负载。
直流斩波控制部分则通过传感器检测斩波输出的电流信号，经PI调节器，控制PWM的输出脉宽，从而改变斩波输出电流的大小，实现闭环控制。
逆变器控制部分采用锁相环频率跟踪电路控制逆变器的工作频率，产生高频触发脉冲，驱动逆变电路中功率器件的通断。
主电路
1、并联谐振逆变电源的主电路由三相不控整流桥、直流斩波器、电流源并联谐振逆变器和负载匹配电路四部分组成(图2)。
这里采用不控整流加斩波构成直流电流源，主要是考虑到其具有保护速度快以及高频斩波带来的滤波器尺寸小等优点。
斩波器和逆变器中的主功率器件(VT与VT1、VT2、VT3、VT4)均采用IGBT管。
逆变器桥臂的每一个IGBT上均串联一个二极管，通过IGBT的正向电流也将全部通过串联二极管，这就要求串联二极管能够通过很大的正向电压和承受很高的反向电压，因此VD1~VD4选用的是快速恢复二级管。
逆变器通过半导体开关有规律地切换，在负载侧得到一定频率的交流电流，其频率由开关的动作频率决定，由于是电流源供电，逆变器输出电流近似为方波，负载对基波分量呈高阻，压降较大，而三次及三次以上谐波产生的压降较小，可近似认输出电压(即电容C两端电压)为正弦波。
2、PWM斩波控制
斩波的实现是通过控制IGBT(图2中VT管)的导通来控制电流的大小，从而间接控制功率。
在稳态运行过程中，为实时了解负载的变化，需从谐振回路中反馈电流的变化，通过与基准值比较获得占空比的大小。
图1系统框图中的电流检测可选用霍尔电流传感器，检测逆变器直流母线输入电流的大小。
控制电路采用PI调节器，由运放与电阻、电容等元件构成，可将检测电流与设定电流比较，只要反馈和设定有偏差，就可通过调节，使反馈向设定值逼近直至等于设定值，从而实现无差调节，提高系统稳定性。
PWM脉宽控制选用TL494，它是一种应用广泛的PWM控制芯片，具有抗干扰能力强、结构简单、可靠性高以及价格便宜等特点。
在本设计中具体电路如图3所示：输入(即PI调节输出)自1脚引入，引脚13接低电平，PWM脉冲信号从8脚输出，经驱动模块放大后触发斩波器元件IG-BT的导通。
3、逆变器触发控制
并联谐振逆变器的触发控制中，为避免大电感Ld上产生大的感应电势，电流必须是连续的，因此要保证逆变器在换流时，VT1、VT3和VT2、VT4两组桥臂应遵循先开通后关断的原则，即要求两组桥臂的触发脉冲有重叠区，这点与串联谐振逆变器有较大不同。
图4是逆变器触发脉冲的波形。
加热工件在加热过程中会引起谐振频率的变化，为使逆变器可靠工作，逆变器需要始终工作在功率因数接近或等于1的准谐振或谐振状态，以实现逆变器件的零电压换流。
图5显示了逆变器触发控制电路的构成。
对逆变电源的负载正弦电压采作为锁相环PLL的输入参考电压。
考样、过零比较，得到U1(t)，虑到触发，驱动电路和开关器件的延时等情况，在PLL内部加入了相位补偿电路，构成无相差锁相环电路。
锁相环的输出电由U2(t)产生的Ⅰ、Ⅱ两路压U2(t)与输入U1(t)可实现零相位差，驱动输出即可实现图4中逆变器VT1~VT4的触发脉冲波形。
4、IGBT驱动与保护电路
本电源采用IGBT作为逆变开关和直流斩波器件，虽然具有电流容量大、驱动功率小、开关频率高等优点，但IGBT过流过压能力相对晶闸管较弱，尤其是其承受反压能力更加脆弱。
因此IGBT驱动及保护电路性能的好坏直接影响到电源运行的可靠性和高效性。
本设计中IGBT的驱动采用日本富士公司EXB 系列的EXB841集成化驱动电路，它适合驱动300A/1200V以下的IGBT，其最高工作频率为40kHz。
图6为IGBT驱动保护电路，当IGBT在发生故障或调试时出现过电流或短路的情况，可通过EXB841驱动电路内部设有电流保护功能进行保护，EXB841判断过流的依据是检测IGBT的集-射极间的电压，这里在IGBT集电极与EXB841的6脚间串联一个快速恢复二极管EAR34-10，该二极管正向导通压降为3V,反向恢复时间150ns。
可以有效地提高EXB841对过流判断的灵敏度，增强保护能力。
为防止IGBT受外界干扰使栅射电压过高引起器件误导通，尤其是在有上下桥臂的变换器或逆变器中，易造成同臂短路。
在栅射极并接一电阻RGE，并在栅射极间并接2只反向串联的稳压管。
在设计中同时还加入了RS触发器：当IGBT发生过流时，EXB841的5脚电平为低，RS触发器的S
端变为高电平，输出端Q输出高电平，经过三极管输出的本地过流信号为低，此电平加到与门上可封锁EXB841的输入信号，达到及时撤出栅极信号、保护IGBT的目的。
另外一个可封锁EXB841的输入的信号为母线过流信号，如图7。
当逆变器输出端负载短路、逆变驱动电路工作不正常或换流失败时，均会引起短路过流。
通过霍尔电流传感器监视逆变器输入的直流母线的电流，转换成电压信号，送入高速比较器与基准电压相比较，当超过基准电压时，表示有母线有过流情况发生，过流保护动作。
比较器输出高电平，三极管导通，则输出为低，实现可靠的过流保护。
结束语
本设计的PWM斩波功率调节电路中运用PI调节闭环控制能够提高系统的工作稳定性。
锁相环逆变器频率跟踪电路的设计，可实现在加热过程中负载参数变化时对谐振工作频率的自动跟踪，使逆变器工作在容性近谐振状态，保证逆变器的运行安全。
