【《谐振变换器研究现状文献综述》2300字】

谐振变换器研究现状文献综述谐振技术是一种行之有效的实现软开关的方式，最早可以追溯到五十年前的二十世纪七十年代，这种技术第一次被应用在直流变换器中，谐振变换器技术也是一步一步的在发展，主要的推动力量是不断的发展的开关电源设备，谐振技术的理论研究与实际应用过程中不断发展出的更高的需求，二者是一个相辅相成的关系，互相推动着彼此的发展，越来越多的实际开关电源要求得到了满足，谐振变换器的理论研究也不断的被推动，达到新的高度，由于不同谐振元件的连接方式有所区别，可以分为三类，接下来依次介绍一下不同的谐振变换器的发展历程。首先第一个要讲的是串联谐振变压器（SRC），这是第一个被研究者广泛关注的谐振变换器，顾名思义，串联谐振变换器的谐振电容与谐振电感是串联起来进行工作，关于串联谐振变换器，存在几个工作特性：其一，串联谐振变换器（SRC）的直流增益是恒定小于1的，仅在谐振频率点处等于1，这是因为负载等效阻抗与谐振网络阻抗串联分压，始终保持一个降压的模式；其二，谐振网络的阻抗是随着开关频率的变化而变化的，开关频率越高，对应的谐振网络的阻抗也就越大，当负载端的等效阻抗特别大的时候，为了维持输出电压的稳定，就需要极高提高开关频率，这不利于系统的稳定，换而言之，串联谐振变换器在轻载时的调节性能很差[10-11]；其三，当副边输出端开路时，可以等效的视作负载等效阻抗是无穷大的，这时调节开关频率并不能维持输出电压的稳定，也就是说，串联谐振变换器在空载时是不可调的[12-13]；其四，如果输入的电压提高，为了维持输出电压端的稳定，对应的需要提高开关频率，这也提高了谐振网络的阻抗，引起的较大的能量损耗，此时的串联谐振变换器的效率较低。紧跟着串联谐振变换器（SRC）进入人们视野的是并联谐振变换器（PRC），与串联谐振变换器不同的是，并联谐振变换器在工作时的谐振电感与谐振电容并联工作，同样的，关于并联谐振变换器也存在几个工作特性：其一，对比起串联谐振变换器的高轻载调整率，并联谐振变换器在负载较大时，由于谐振网络阻抗是与负载阻抗并联的，并不需要太多的矫正开关频率，但是这样的效率并不是很高；其二，在全负载范围内，并联谐振变换器都存在一个较大的谐振腔内的循环能量，同时如果输入端的电压较大，此时的关断损耗也会很大[14-15]，这种拓扑更适合工作在负载相对稳定的场合下工作。如前文所述，无论是PRC还是SRC，这两种二阶谐振的拓扑结构都有一定的结构缺陷，于是在上个世纪末，研究者们开始关注起三阶的谐振变换器，如LCC与LLC，三阶的谐振变换器与二阶的谐振变换器比较而言，既有升压模式又有降压模式，并且负载的变换范围也大大提升，随着人们对于这两种电路的深入研究，得到了许多优秀的研究成果，这里对于LCC谐振变换器和LLC谐振变换器进行一个简单的对比[16-19]，两者电路拓扑如图1-1与图1-2所示。图1-1LCC谐振变换器图1-2LLC谐振变换器1）LLC谐振变换器在输入暂时停止供电时仍然可以为输出端的负载供电，这维持了输出电压包括整体系统的稳定性，这非常符合现在发展新能源的趋势[20-21]，诸如风电和潮汐电等，这些新能源主要的缺点就是不够稳定[22]，在分布式发电系统大行其道的今天，LLC谐振变换器以其优秀的断电保持功能大放异彩，而LCC谐振变换器虽然也有三阶变换器的诸多优点，但是并没有很好解决这个问题。2)LLC谐振变换器在全负载宽范围内均可以实现零电压导通，不仅可以实现原边开关管的ZVS，还可以实现副边整流管的ZCS，与之相比，LCC谐振变换器可以视作串联谐振变换器（SRC）与并联谐振变换器（PRC）的结合，在负载不同时，可以视作不同的谐振变换器，但是LCC谐振变换器其原边的谐振电感是不参与谐振的，这就导致了电压与电流存在一定的相位差，这会引起较大的损耗。同时与LLC谐振变换器相比，LCC虽然可以实现副边整流管的ZCS，但是无法实现原边开关管的ZVS。通过上述的对比分析，LLC谐振变换器电路与起LCC谐振变换器电路时具有较大优势，并且符合当下的研究方向和发展趋势，但是这种新型的拓扑结构仍然存在一些固有问题，副边的电流全部流过整流二极管，在输出为大电流的场合下，这就对整流二极管提出了非常高的应力要求，且输出端的滤波仅由滤波电容完成，同样不适合在大电流的输出场合，整个电路的功率等级被限制了。为了解决工作在低压大电流场景下存在的问题，普遍的是采用多模块并联的方式[23]，通过不同模块的并联结构，可以实现不同元件的分压，从而降低了对整流管的电压应力要求，可以实现大功率的电路，通过移相控制，可以实现不同模块电路之间的按顺序导通[24-25]，比如两相可以相移90°进行控制，而三相可以相移60°等等，采用这种多模块并联的办法可以实现在低压大电流场合下LLC谐振变换器的应用[26]，一个具体的三相LLC谐振变换器如下图1-3所示：图1-3三相LLC谐振变换器参考文献[1]韩浩.多模块并联直流变换器的研究[D].南京航空航天大学,2019.[2]甘鸿坚,严仰光.飞机高压直流电源系统[C]//中国航空学会控制与应用第七届学术年会,中国系统仿真学会仿真器第四届学术年会.0.[3]杨刚.飞机270V高压直流供电系统应用分析[J].科技创新与应用,2020(36):142-144.[4]袁亦青,李硕.4kWDC270V/DC28V分布式电源研究与设计[J].火炮发射与控制学报,2017(1).[5]谢华林.LLC谐振变换器的研究[D].华南理工大学,2010.[6]ChakrabortyC,IshidaM.Performance,designandcontrolofaseries-parallel(CL2-type)resonantDC/DCconverter[J].IEEProceedings-ElectricPowerApplications,2002,149(5):360-368.[7]SevernsRP.Topologiesforthree-elementresonantconverters[J].IEEETransactionsonPowerElectronics,2002,7(1):89-98.[8]BatarsehI.Resonantconvertertopologieswiththreeandfourenergystorageelements[J].IEEETransactionsonPowerElectronics,2002,9(1):64-73.[9]SteigerwaldRL.Acomparisonofhalf-bridgeresonantconvertertopologies[J].IEEETransactionsonPowerElectronics,2002,3(2):174-182.[10]OrugantiR,YangJJ,LeeFC.[IEEE1987IEEEPowerElectronicsSpecialistsConference-Blacksburg,VA,USA(1987.6.21-1987.6.26)]1987IEEEPowerElectronicsSpecialistsConference-Implementationofoptimaltrajectorycontrolofseriesresonantconverter[J].1987:451-459.[11]Bhat,A.KS.Analysisanddesignofamodifiedseriesresonantconverter[J].IEEETransactionsonPowerElectronics,1993,8(4):423-430.[12]VorperianV,CukS.AcompleteDCanalysisoftheseriesresonantconverter[C]//PowerElectronicsSpecialistsConference.IEEE,2015.[13]Tsai,Lee.AcompleteDCcharacterizationofaconstant-frequency,clamped-mode,series-resonantconverter[C]//IEEEPowerElectronicsSpecialistsConference.IEEE,1988.[14]EmsermannM.Anapproximatesteadystateandsmallsignalanalysisoftheparallelresonantconverterrunningaboveresonance[C]//InternationalConferenceonPowerElectronics&Variable-speedDrives.IET,1990.[15]KangYG,UpadhyayAK,StephensDL.Analysisanddesignofahalf-bridgeparallelresonantconverteroperatingaboveresonance[J].IEEETransactionsonIndustryApplica