一種雙CLT諧振軟開關直流變換器設計與實現

01導語

諧振直流變換器具有高效率、高頻率、高功率密度以及較低EMI等眾多優點，被廣泛推廣於新能源發電、直流微網和電動汽車等功率應用中。為了進一步拓寬諧振直流變換器的電壓增益範圍、維持寬功率等級的較高效率，文章提出了一種新型多諧振直流變換器拓撲結構，對電路的基本工作原理、模型建立以及參數設計等問題進行了詳細探討，最終通過功率實測驗證了變換器原理的可行性。

02研究（專案）背景

傳統LLC諧振變換器具有結構簡單、成本低廉、額定效率較高等優點，被認為是一種較為理想的直流變換器，

其參數設計、控制方式、拓撲衍生等受到學者們的持續關注。然而，受自身諧振特徵的限制， LLC電路在電壓增益範圍和變換效率方面仍存在一定矛盾，很難實現在寬增益範圍內維持較高效率。針對這一問題，本文嘗試提出了一種多諧振直流變換器結構，以期進行有益探索。

03論文所解決的問題及意義

為了緩解諧振直流變換器在增益範圍和變換效率間存在的矛盾，本文提出了一種降壓型雙CLT諧振直流變換器。它採用雙變壓器結構，利用額外引入的高頻變壓器改善電路電壓增益曲線，可以適應多種應用場合。不僅可以實現開關管零電壓開通，而且能夠在較寬功率範圍內保證關斷電流接近零，

獲得准零電流關斷特性。

二極體也能夠實現准零電流導通和關斷。同時，變換器具有一個獨特的諧振零點，它的存在也使得直流增益曲線在零至最高值範圍內靈活可調，拓寬了輸入、輸出直流電壓範圍，能夠在狹窄的頻率變化範圍內實現對輸出電壓的寬範圍調節。此外，諧振零點也對電路的過電流保護有著有益作用，甚至可以工作在輸出短路的極端工作條件下。

04論文方法及創新點

文章的主要創新點可以概括為針對LLC電路在效率和增益方面存在的問題，提出了一種新型雙CLT多諧振軟開關直流變換器的拓撲結構。採用多諧振技術，將雙高頻變壓器結構成功應用至多諧振電路拓撲上，使得改進後的諧振變換器衍生出一個獨特諧振零點，

保證了寬電壓增益、較高效率、良好過電流保護能力等有效變換效果。

文章的論證方法可以依次概括為：

1）提出雙CLT變換器的拓撲結構（如圖1所示），分析其基本構成方式，結合主要參數波形和模態等效電路對一個開關週期內電路的工作原理進行說明。

2）利用等效基波法對電路的數學模型進行搭建，求解直流電壓增益運算式，並繪製變換器在不同負載條件下的增益曲線（如圖2所示）。

3）依照應用場景需求，以運算式形式建立對電路的基本約束，利用matlab程式對潛在電路參數進行遍歷篩選，並結合三維圖形曲面最終確定符合條件的電路諧振參數。

4）根據設計結果，製作實驗樣機，對所提出的多諧振直流變換器的原理可行性進行驗證實測。

05結論

文章提出了一種新型的雙CLT諧振變換器。該變換器在諧振電路中額外引入一個變壓器，使得電路的電壓增益曲線具有兩個諧振點和一個諧振零點。諧振零點的存在使得變換器具有較寬的輸入電壓範圍和極寬的輸出電壓範圍，

輸出電壓在零至額定值內可調。

同時，通過對電路參數的合理設計，該變換器可以實現開關管的零電壓開通和准零電流關斷，以及二極體的准零電流開通和零電流關斷，使得變換器的開關損耗大幅下降。最後，本文給出了基於1kW樣機的實驗波形，其最高效率為95.3%。

團隊介紹

天津大學智慧電網教育部重點實驗室包括：微電網實驗室、儲能系統實驗室、智慧用電技術實驗室等8個實驗室，擁有一支高效、精幹、勇於開拓的師資隊伍。學院現有中國工程院院士1人，俄羅斯工程院院士1人，長江學者特聘教授2人，長江學者講座教授2人，團隊中多數成員對複雜配電網智慧分析與優化有深入研究；在電力電子技術研究方面，主持國家科技部863專案子課題1項：“光伏微電網核心設備與控制系統研製及示範應用”，主持天津市科技支撐計畫重點專案1項：綠色建築中可再生能源的高效利用技術及裝備研發，參與天津市科技支撐重點專案1項：多功能智慧戶用光伏發電技術研究及應用。

王議鋒，博士，副教授，天津市電源學會秘書長，中國電源學會照明電源專業委員會理事。研究方向為寬禁帶半導體功率器件應用和磁集成技術，高頻電力電子功率變換拓撲，可再生能源發電中的現代電能變換及其控制技術。

楊良，博士研究生，研究方向為小型風力發電系統和諧振軟開關直流變換器。

陳博，博士研究生，研究方向為高頻驅動技術和諧振軟開關直流變換器。

楊良，博士研究生，研究方向為小型風力發電系統和諧振軟開關直流變換器。

陳博，博士研究生，研究方向為高頻驅動技術和諧振軟開關直流變換器。