基于LLC谐振变换器的电力电子变压器

作者 / 刘书彤，海南师范大学物理与电子工程学院



基于LLC谐振变换器的电力电子变压器

作者 / 刘书彤，海南师范大学物理与电子工程学院

随着社会不断进步，科技持续发展，大功率电力电子变换技术等日益发展。随之，电力电子变压器取代了传统铁芯片变压器，具有隔离、电压变换等功能，能够弥补传统变压器饱和、空载损耗等缺陷。因此，本文作者对基于LLC谐振变换器的电力电力变压器这一课题予以了探讨。

LLC谐振变换器；电力电子变压器

1. 电力电子变压器

电力电子变压器又被称做PET，相关概念出现于20世纪70年代。美国GE公司的W McMurray 提出了高频链接的AC、AC变换电路，为电力电子变压器的发展奠定了坚实的基础。1996年，日本学者根据电力电子变压器的特点，巧妙地把相位调制技术融入其中，能够有效校正恒压、功率等，智能型的变压器应运而生。20世纪90年代，美国密苏里大学研制出PET一些实验样机，具有较好的电压变换功能，较强的控制输入功率因数能力。为了避免开关器件承受较大的应力，在设计的时候，需要输入多个变流器串联工作，但会降低系统的可靠性能。

2. 基于LLC谐振变换器的电力电子变压器

由于LLC谐振变压器自然软开关自身具有的工作是特性，可以实现“高效率、高功率密度、低成本”的功率变换，是一种重要的DC/DC拓扑。在网络信息时代下，LLC谐振变换器的应用非常广泛，比如，通信电源、新能源发电，发挥着不可替代的作用，有利于促进不同行业、领域的持续发展。因此，本文作者以三级型结构为例，以LLC谐振变压器为基点，对该类电力电子变压器予以了探讨。

■2.1 输入高压级

就三级型结构而言，输入高压级、输出低压级、隔离级是重要的组成元素。其中的高压级能够将三相交流电压转变为直流。随着相关技术不断完善，三电平变换器结构已经可以应用于10kV电压中，三电平整流器功率器件承受的电压应力不大，小于两电平整流中功率器件。此外，它还具有一些其它功能，比如，输出的电压电流谐波比较小。

■2.2 隔离级

就隔离级来说，应用的是半桥三电平LLC谐振变换电路，属于DC/DC变换器，具有高频链接。在高频变压器作用下，隔离、降压功能得以顺利实现，还在一定程度上减轻了自身体积、重量。主要是因为变压器体积的大小是磁芯材料饱等的函数，饱和磁通密度、频率属于反比例关系。换句话说，一旦频率提高，铁芯材料利用率也会随之提升，有利于减小变压器的体积。对于高频变压器来说，其原边是由多个开关串联构成的半桥三电平结构。在谐振电容、漏感等作用下，促使那些处于高频状态的功率器件得以实现软开关，有利于降低能源损耗，提高能源利用率，减少电力电子变压器运营成本。全桥整流电路则是高频变压器的副边。在LLC谐振电路作用下，副边的二极管在不受任何因素影响下出现零电流关断现象，可以有效防止电力电子变压器在运行过程中出现电压尖峰、反向恢复问题。

■2.3 输出级

对于输出级来说，需要对输出的直流电压逆变进行有效地隔离，使其变为三相工频交流电压，实现负载供电。通常情况下，输出级的供电电压为380V。在电路结构运行中，需要使用两电平类型的三相电压型逆变器。但在配电系统运行过程中，经常出现非线性负载、不平衡负载，其中的逆变器必须采用三相四桥臂结构。根据电力电子变压器运行情况，可以适当增加第四桥臂，动态控制中性点电压，使整个电路中有三个独立的电压。这样即使电力电子变压器处于非线性负载、不平衡负载状态进行供电，也能确保电路稳定运行，提供优质的供电电压。

对于这类三级结构电力电子变压器来说，能够顺利实现电能质量的调节功能。具体来说，在运行过程中，系统不会受到负载电流质量的影响，还可以根据工作需要，合理调整系统的测功率因数。同时，所输出的负载侧电压具有恒定的特点，并不会因为负载变化而发生任何变化，即使系统侧电压出现畸变现象，也不会受到任何影响。更为重要的是：在LLC谐振变压器作用下，电力电子变压器结构高频隔离环节在不需要其它线路作用下，全负载范围软开关依然能够顺利实现，具有高变换效率，还能进一步优化PET设计，使其便于操作。

3. 结语

总而言之，在新时代下，以LLC谐振变换器的基点的电力电子变压器发挥着至关重要的作用。在LLC谐振变换器作用下，PET具有多样化的功能，比如，隔离、变压、传递能量，可以实现负载提供高质量的电能，有效防止系统受到低品质负荷的影响，处于安全、稳定运行中。以此，使该类电力电子变压器更好地发挥自身作用，更好地作用于相关领域。

＊ ［1］陈启超，王建赜，纪延超.基于LLC谐振变换器的电力电子变压器［J］.电力系统自动化，2014，03：41-46.