РЕЗОНАНСНЫЙ LCL – ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ

Современные высокотехнологичные устройства становятся все более сложными, требуя эффективных и надежных схем управления для обеспечения стабильной работы.

Фактором, ухудшающим энергетические характеристики, является жесткая коммутация транзисторов, которая приводит к существенному росту динамических потерь. Мягкую коммутацию без потерь могут обеспечить резонансные преобразователи. Наиболее распространенным типом таких преобразователей, на данный момент, является LCL – преобразователь. [1] .

Структурная схема

Опишем работу системы через функции и взаимосвязи между функциональными блоками. Они подчеркнут функциональные возможности системы без углубления в подробности реализации. Это представление удобно для общего представления о том, что делает система, какие функции выполняет и какие связи существуют между ее элементами. На рисунке 1 представлена общая структурная схема преобразователя.

Рисунок 1. Структурная схема источника питания

Можно выделить следующие узлы в работе устройства: И – инвертор, Т – трансформатор, КК – колебательный контур, В – выпрямитель, Ф – фильтр, Н – нагрузка, ДТ – датчик тока, ДН – датчик напряжения, СУ – система управления.

И – это устройство, которое преобразует постоянное напряжение в переменное напряжение определенной частоты и амплитуды. Оно может быть реализовано с использованием различных полупроводниковых компонентов, таких как транзисторы или тиристоры. Инверторы широко применяются в различных системах, включая источники питания переменного тока, системы электропривода и преобразователи частоты.

Т – является устройством электроэнергетики, предназначенным для передачи или преобразования электрической энергии. Он состоит из двух или более мотков провода, которые связаны магнитным потоком. Трансформатор может повышать или понижать напряжение в электрической сети.

КК – колебательный контур в LCL – преобразователе представляет собой электрическую цепь, включающую конденсаторы, катушки индуктивности и резисторы. Он играет важную роль в регулировании напряжения и тока в преобразователе. Колебательный контур позволяет регулировать частоту и амплитуду выходного напряжения, обеспечивая эффективное преобразование энергии.

В – это устройство, которое преобразует переменный ток в постоянный ток. Он может состоять из диодов, которые позволяют току протекать только в одном направлении. Выпрямители используются во многих устройствах, таких как источники питания, зарядные устройства и др.

Ф – это устройство, предназначенное для очистки или фильтрации сигнала от нежелательных частот или шумов. Он может состоять из конденсаторов, индуктивностей или резисторов, которые позволяют пропускать только определенные частоты или подавлять другие частоты.

Н – это устройство или схема, которая потребляет и использует энергию или сигнал от других функциональных узлов. В контексте данной функциональной схемы нагрузка может представлять собой устройство или систему, которая использует преобразованную энергию или сигнал.

ДН – это устройство, которое измеряет или обнаруживает уровень напряжения в системе или схеме. В данной функциональной схеме датчик напряжения может использоваться для контроля или обратной связи в процессе работы схемы, чтобы обеспечить правильное функционирование и защиту от перенапряжения.

СУ – Система управления транзисторами в мостовом преобразователе необходима для контроля и управления переключением транзисторов в схеме. Это позволяет регулировать выходное напряжение и ток, создавать напряжение с нужной формой в зависимости от требований системы или нагрузки.

Принцип работы резонансного LLC – преобразователя

Предлагается конфигурация dc-dc резонансного преобразователя с модуляцией линейного тока для таких приложений, как ветроэнергетика и фотоэлектрические (ФЭ) массивы с интерфейсом для коммунальных служб. Двойной последовательный резонансный преобразователь (SRC), в котором мощность делится на двумя полумостовыми конфигурациями. Возможность передачи мощности улучшается при использовании двойной конфигурации с двумя резервуарами, полумосты работают в режиме переключения нулевого напряжения (ZVS) [1] .

Рисунок 2. Двухтактная полумостовая схема резонансного LLC преобразователя

Работа схемы

1. Переключатели S1-S4 работают в режимах мягкого переключения (ZVS), формируя прямоугольные импульсы на узлах а и b.

2. Эти импульсы возбуждают резонансные контуры L1,C1 и L2,C2 где токи приобретают синусоидальную форму.

3. Энергия через резонансные токи передаётся на трансформаторы и Т.

4. На вторичной стороне трансформаторов токи выпрямляются диодами и сглаживаются конденсатором Cf, обеспечивая постоянное выходное напряжение.

5. Нагрузка RL получает питание с высоким КПД благодаря резонансной передаче энергии и мягкому включению.

Основные преимущества схемы

• Высокий КПД за счёт ZVS (мягкого переключения).

• Гальваническая изоляция.

• Работа на двойном резонансе позволяет оптимизировать работу на разных уровнях нагрузки.

• Низкие электромагнитные помех [3] .

Заключение

LCL – преобразователь способен обеспечить единичный коэффициент передачи по напряжению на резонансной частоте, параметрическое ограничение тока за счет реактивного сопротивления резонансного контура и мягкая коммутация во всем диапазоне регулирования делает топологию крайне актуальной.