磁性元器件變比如何影響LLC電路的高效特性
2024-12-19 17:39:12 來源:電子變壓器與電感網(wǎng) 作者:陳澤香 點(diǎn)擊:1542
近年來,隨著對(duì)高效能源利用需求的不斷增加,LLC電路的研發(fā)與應(yīng)用已成為業(yè)界的熱點(diǎn)。然而,在追求高效率的同時(shí),LLC電路的電壓范圍局限性及其與磁性元器件變比之間的復(fù)雜關(guān)系,也成為了磁性元器件產(chǎn)業(yè)鏈工程師們必須面對(duì)和解決的問題。
LLC電路的高效特性及電壓范圍的局限性
在新能源市場(chǎng)應(yīng)用領(lǐng)域,LLC電路因具備卓越的高效率特性,受到了業(yè)界的廣泛關(guān)注,成為眾多磁性元器件產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)的研發(fā)重心。在幾個(gè)千瓦級(jí)別的隔離型電路中,LLC電路的效率表現(xiàn)尤為突出,幾乎難以找到與之匹敵的對(duì)手。
這一高效性的根源在于LLC電路的左右開關(guān)狀態(tài)均為軟開關(guān),即在零電壓、零電流的條件下實(shí)現(xiàn)開關(guān)切換,從而大幅度減少了能量損失。此外,當(dāng)電路在諧振點(diǎn)附近運(yùn)行時(shí),無功功率和電流都維持在極低的水平,進(jìn)一步提升了整體效率。
然而,LLC電路的高效性并非沒有局限。其電壓范圍相對(duì)有限,在額定電壓的兩倍內(nèi)仍有好的性能表現(xiàn),而當(dāng)電壓達(dá)到三倍時(shí),性能就會(huì)出現(xiàn)明顯下降。更為關(guān)鍵的是,一旦電路偏離了最 佳工作點(diǎn),其性能也會(huì)逐漸下滑。
特別是在頻率遠(yuǎn)離諧振點(diǎn)時(shí),電流狀態(tài)會(huì)退化,關(guān)斷位置的電流會(huì)增大,同時(shí)負(fù)邊二極管的電流下降速度也會(huì)加快,甚至可能轉(zhuǎn)變?yōu)橛查_關(guān),從而導(dǎo)致性能惡化。因此,LLC電路的頻率調(diào)節(jié)范圍受到了一定程度的限制。
磁性元器件變比的選擇與效率電壓范圍的權(quán)衡
在設(shè)計(jì)LLC電路時(shí),磁性元器件變比的選擇是一個(gè)至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。它不僅關(guān)乎磁性元器件產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)的決策,還直接影響電路在各種應(yīng)用場(chǎng)景下的性能。鑒于不同場(chǎng)景和優(yōu)化目標(biāo)所需的電感值各異,在選擇磁性元器件變比時(shí),磁性元器件產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)必須充分考量實(shí)際應(yīng)用需求。
以電池充電應(yīng)用為例,許多磁性元器件產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)傾向于將優(yōu)化點(diǎn)設(shè)定在電池的標(biāo)稱電壓附近,因?yàn)樵谠撾妷合?,電池的充電時(shí)間最長且效率最高。因此,在確定磁性元器件變比時(shí),應(yīng)參照電池的標(biāo)稱電壓來進(jìn)行合理選擇,以確保電路的性能與充電需求相匹配。
在LLC電路中,輸出電壓或增益的大小直接關(guān)聯(lián)于開關(guān)頻率、諧振電感(Lr)、勵(lì)磁電感(Lm)以及輸入輸出電壓比等多個(gè)參數(shù)。
當(dāng)開關(guān)頻率接近或高于諧振頻率時(shí),電路呈現(xiàn)出降壓特性;而當(dāng)開關(guān)頻率低于諧振頻率時(shí),由于勵(lì)磁電感的作用,電路能夠展現(xiàn)出升壓特性。這種增益可調(diào)性使得LLC電路在寬范圍輸入電壓和輸出電壓的應(yīng)用場(chǎng)景中尤為適用。
然而,設(shè)計(jì)高效的LLC電路并非易事,尤其是在追求高效率的同時(shí)還要確保寬泛的電壓調(diào)節(jié)范圍。磁環(huán)電感(磁性元器件)作為LLC電路中的關(guān)鍵元件,其設(shè)計(jì)直接影響到電路的效率和增益特性。
為了獲得高效率,磁環(huán)電感(磁性元器件)需要具有低損耗、高飽和電流以及穩(wěn)定的溫度特性。同時(shí),為了拓寬電壓調(diào)節(jié)范圍,需要仔細(xì)調(diào)整諧振電感與勵(lì)磁電感等磁性元器件的比值,以及開關(guān)頻率的范圍,從而在保證增益特性的同時(shí),盡可能減少電路的損耗。
這兩者之間存在一 定程度的矛盾,因?yàn)楦咝释殡S著較窄的電壓適應(yīng)范圍,而寬泛的電壓范圍則可能犧牲部分效率。因此,需要根據(jù)具體的應(yīng)用場(chǎng)景和需求來做出合理的磁性元器件變比選擇。
LLC電路的未來發(fā)展趨勢(shì)及在新能源領(lǐng)域的應(yīng)用
隨著新能源領(lǐng)域的快速發(fā)展,LLC電路的應(yīng)用范圍也在不斷擴(kuò)大。為了滿足雙向應(yīng)用的需求,磁性元器件產(chǎn)業(yè)鏈工程師基于LLC電路進(jìn)行了多種變數(shù)設(shè)計(jì),以確保在不同的電壓范圍內(nèi)都能獲得良好的性能表現(xiàn)。
LLC與DAB的結(jié)合可能會(huì)在未來大功率應(yīng)用場(chǎng)合中發(fā)揮越來越重要的作用。這種結(jié)合可以是串聯(lián)諧振與DAB的結(jié)合,也可以是多重移相的結(jié)合,這些技術(shù)已經(jīng)在一些磁性元器件產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)的產(chǎn)品中得到了實(shí)際應(yīng)用。
如在新能源汽車OBC領(lǐng)域,有企業(yè)將DAB與諧振技術(shù)結(jié)合,且沒有使用MOS管,而是選擇了IGBT。
原因是當(dāng)DAB與諧振技術(shù)結(jié)合時(shí),如果參數(shù)設(shè)計(jì)不當(dāng),可能會(huì)出現(xiàn)反向恢復(fù)現(xiàn)象,導(dǎo)致電路性能下降,效率降低。因此,他們選擇了IGBT來避免這個(gè)問題。
在儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)中,當(dāng)功率達(dá)到十千瓦左右時(shí),傳統(tǒng)兩個(gè)橋臂的LLC電路已經(jīng)演變?yōu)槿齻€(gè)橋臂,以支持更高的功率輸出。
而在雙向充電樁領(lǐng)域,通常會(huì)采用T型三電平拓?fù)浼由螸LC或DAB技術(shù)。在這種應(yīng)用中,通常是多個(gè)磁性元器件的組合,負(fù)責(zé)串聯(lián)和并聯(lián),以實(shí)現(xiàn)功率的均分和空間的有效利用。
結(jié)語
在LLC電路的設(shè)計(jì)與優(yōu)化過程中,磁性元器件變比的選擇不僅關(guān)乎電路的效率與電壓調(diào)節(jié)范圍,還直接影響到電路在不同應(yīng)用場(chǎng)景下的性能表現(xiàn)與可靠性。
隨著新能源需求增長,LLC電路應(yīng)用將更加廣泛。未來,需不斷優(yōu)化磁性元器件設(shè)計(jì),探索LLC與其他技術(shù)的結(jié)合,以提升電路性能與效率,滿足新能源領(lǐng)域?qū)Ω咝Х€(wěn)定電力電子系統(tǒng)的需求,推動(dòng)LLC電路技術(shù)邁向新高度。
注:文章整理自中國電源學(xué)會(huì)磁技術(shù)專業(yè)委員會(huì)委員、浙江大學(xué)王正仕副教授,在第 11屆功率變換器磁性元器件聯(lián)合學(xué)術(shù)年會(huì)的演講——《新能源雙向變換器(PCS)和工作模式》
本文為嗶哥嗶特資訊原創(chuàng)文章,未經(jīng)允許和授權(quán),不得轉(zhuǎn)載,否則將嚴(yán)格追究法律責(zé)任;
在市場(chǎng)競爭日益激烈的當(dāng)下,磁性元器件產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)正面臨原材料成本上升、市場(chǎng)需求多樣化以及產(chǎn)品更新?lián)Q代加速等多重挑戰(zhàn)。如何在困境中實(shí)現(xiàn)降本增效、轉(zhuǎn)型升級(jí)?這場(chǎng)峰會(huì)將匯聚70余家優(yōu)秀展商,共話降本增效之道!
中美關(guān)稅政策風(fēng)云突變,104% 對(duì) 84% 的稅率沖擊下,磁性元器件產(chǎn)業(yè)如何突圍?傳統(tǒng)市場(chǎng)內(nèi)卷、新興領(lǐng)域難進(jìn),企業(yè)如何借 5 月 23 日峰會(huì)覓得生機(jī)?
為提升磁性元器件行業(yè)技術(shù)人員的專業(yè)水平,促進(jìn)行業(yè)技術(shù)交流與發(fā)展,廣東省磁性元器件行業(yè)協(xié)會(huì)定于2025年4月11日-12日(星期五-星期六)在東莞順絡(luò)電子有限公司舉辦一期關(guān)于磁性元器件新能源領(lǐng)域應(yīng)用及設(shè)計(jì)培訓(xùn)班。
1000+工程師,全行業(yè)90%企業(yè)主和高管悉數(shù)出席,2025華南磁性元器件產(chǎn)業(yè)鏈峰會(huì)將如何助力企業(yè)打破行業(yè)內(nèi)卷?
受河源江東新區(qū)管理委員會(huì)的誠摯邀請(qǐng),廣東省磁性元器件行業(yè)協(xié)會(huì)計(jì)劃組織一期關(guān)于新材料、機(jī)械裝備領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)鏈和供應(yīng)鏈對(duì)接會(huì),其中包括走訪當(dāng)?shù)仄髽I(yè)、了解當(dāng)?shù)禺a(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、營商環(huán)境、招商優(yōu)惠政策等。
受梅州市平遠(yuǎn)縣政府的誠摯邀請(qǐng),廣東省磁性元器件行業(yè)協(xié)會(huì)計(jì)劃組織一期關(guān)于梅州市平遠(yuǎn)縣的產(chǎn)業(yè)發(fā)展、營商環(huán)境實(shí)地考察和招商引資推介活動(dòng),活動(dòng)內(nèi)容包括走訪當(dāng)?shù)仄髽I(yè)、了解當(dāng)?shù)禺a(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、營商環(huán)境、招商優(yōu)惠政策等。
第一時(shí)間獲取電子制造行業(yè)新鮮資訊和深度商業(yè)分析,請(qǐng)?jiān)谖⑿殴娰~號(hào)中搜索“嗶哥嗶特商務(wù)網(wǎng)”或者“big-bit”,或用手機(jī)掃描左方二維碼,即可獲得嗶哥嗶特每日精華內(nèi)容推送和最優(yōu)搜索體驗(yàn),并參與活動(dòng)!
發(fā)表評(píng)論