基于LLC諧振變換器的電力電子變壓器

作者 / 劉書彤，海南師范大學物理與電子工程學院

?

基于LLC諧振變換器的電力電子變壓器

作者 / 劉書彤，海南師范大學物理與電子工程學院

隨著社會不斷進步，科技持續發展，大功率電力電子變換技術等日益發展。隨之，電力電子變壓器取代了傳統鐵芯片變壓器，具有隔離、電壓變換等功能，能夠彌補傳統變壓器飽和、空載損耗等缺陷。因此，本文作者對基于LLC諧振變換器的電力電力變壓器這一課題予以了探討。

LLC諧振變換器；電力電子變壓器

1. 電力電子變壓器

電力電子變壓器又被稱做PET，相關概念出現于20世紀70年代。美國GE公司的W McMurray 提出了高頻鏈接的AC、AC變換電路，為電力電子變壓器的發展奠定了堅實的基礎。1996年，日本學者根據電力電子變壓器的特點，巧妙地把相位調制技術融入其中，能夠有效校正恒壓、功率等，智能型的變壓器應運而生。20世紀90年代，美國密蘇里大學研制出PET一些實驗樣機，具有較好的電壓變換功能，較強的控制輸入功率因數能力。為了避免開關器件承受較大的應力，在設計的時候，需要輸入多個變流器串聯工作，但會降低系統的可靠性能。

2. 基于LLC諧振變換器的電力電子變壓器

由于LLC諧振變壓器自然軟開關自身具有的工作是特性，可以實現“高效率、高功率密度、低成本”的功率變換，是一種重要的DC/DC拓撲。在網絡信息時代下，LLC諧振變換器的應用非常廣泛，比如，通信電源、新能源發電，發揮著不可替代的作用，有利于促進不同行業、領域的持續發展。因此，本文作者以三級型結構為例，以LLC諧振變壓器為基點，對該類電力電子變壓器予以了探討。

■2.1 輸入高壓級

就三級型結構而言，輸入高壓級、輸出低壓級、隔離級是重要的組成元素。其中的高壓級能夠將三相交流電壓轉變為直流。隨著相關技術不斷完善，三電平變換器結構已經可以應用于10kV電壓中，三電平整流器功率器件承受的電壓應力不大，小于兩電平整流中功率器件。此外，它還具有一些其它功能，比如，輸出的電壓電流諧波比較小。

■2.2 隔離級

就隔離級來說，應用的是半橋三電平LLC諧振變換電路，屬于DC/DC變換器，具有高頻鏈接。在高頻變壓器作用下，隔離、降壓功能得以順利實現，還在一定程度上減輕了自身體積、重量。主要是因為變壓器體積的大小是磁芯材料飽等的函數，飽和磁通密度、頻率屬于反比例關系。換句話說，一旦頻率提高，鐵芯材料利用率也會隨之提升，有利于減小變壓器的體積。對于高頻變壓器來說，其原邊是由多個開關串聯構成的半橋三電平結構。在諧振電容、漏感等作用下，促使那些處于高頻狀態的功率器件得以實現軟開關，有利于降低能源損耗，提高能源利用率，減少電力電子變壓器運營成本。全橋整流電路則是高頻變壓器的副邊。在LLC諧振電路作用下，副邊的二極管在不受任何因素影響下出現零電流關斷現象，可以有效防止電力電子變壓器在運行過程中出現電壓尖峰、反向恢復問題。

■2.3 輸出級

對于輸出級來說，需要對輸出的直流電壓逆變進行有效地隔離，使其變為三相工頻交流電壓，實現負載供電。通常情況下，輸出級的供電電壓為380V。在電路結構運行中，需要使用兩電平類型的三相電壓型逆變器。但在配電系統運行過程中，經常出現非線性負載、不平衡負載，其中的逆變器必須采用三相四橋臂結構。根據電力電子變壓器運行情況，可以適當增加第四橋臂，動態控制中性點電壓，使整個電路中有三個獨立的電壓。這樣即使電力電子變壓器處于非線性負載、不平衡負載狀態進行供電，也能確保電路穩定運行，提供優質的供電電壓。

對于這類三級結構電力電子變壓器來說，能夠順利實現電能質量的調節功能。具體來說，在運行過程中，系統不會受到負載電流質量的影響，還可以根據工作需要，合理調整系統的測功率因數。同時，所輸出的負載側電壓具有恒定的特點，并不會因為負載變化而發生任何變化，即使系統側電壓出現畸變現象，也不會受到任何影響。更為重要的是：在LLC諧振變壓器作用下，電力電子變壓器結構高頻隔離環節在不需要其它線路作用下，全負載范圍軟開關依然能夠順利實現，具有高變換效率，還能進一步優化PET設計，使其便于操作。

3. 結語

總而言之，在新時代下，以LLC諧振變換器的基點的電力電子變壓器發揮著至關重要的作用。在LLC諧振變換器作用下，PET具有多樣化的功能，比如，隔離、變壓、傳遞能量，可以實現負載提供高質量的電能，有效防止系統受到低品質負荷的影響，處于安全、穩定運行中。以此，使該類電力電子變壓器更好地發揮自身作用，更好地作用于相關領域。

＊ ［1］陳啟超，王建賾，紀延超.基于LLC諧振變換器的電力電子變壓器［J］.電力系統自動化，2014，03：41-46.