高功率密度CTTC双向隔离谐振电路研究.pdf

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1、浙江大学电气工程学院电力电子应用技术国家工程研究中心电力电子技术国家专业实验室浙江大学新能源与电力电子化电力系统联合创新研究中心高功率密度CTTC双向隔离谐振电路研究浙江大学 陈敏 教授 2025年11月23日1目录目录C O N T E N T S01 研究背景02 双向CLLC谐振变换器04 总结与展望203 CTTC结构与应用发展背景|电动汽车与V2G技术01*数据来源：中国电动汽车充电基础设施促进联盟p 在“双碳”战略驱动下，中国新能源汽车市场实现了跨越式发展p 充电设备是支撑新能源汽车实现V2G技术的关键环节，车载充电机（OBC）作为其核心功能单元，直接决定了充电效率、安全性及场景适

2、配能力20152024年中国新能源汽车销量及增长率 解决“充电焦虑”的核心途径 推动“车网互动”“光储充一体化”的重要基础 连续5个“五年计划”重点科技攻关，新能源汽车成为出口“新三样”之一双向充电桩&充电机发展背景|双向隔离DC-DC变换器01 DAB：电流线性变化 关断电流、环流大 偏离额定电压、轻载时易失去软开关 存在磁饱和风险CLLC：电流正弦化 低关断电流与环流 全范围软开关特性 无磁饱和风险双有源桥（DAB）变换器DAB典型波形CLLC典型波形CLLC变换器无源元件多，精确分析困难p 两级式车载充电机中DC/DC部分的功能需求：双向工作、控制功率传输方向和大小、电气隔离适配宽范围电

3、池电压高效率、高功率密度p DC/DC拓扑选取：4目录目录C O N T E N T S01 研究背景02 双向CLLC谐振变换器04 总结与展望503 CTTC结构与应用双向CLLC谐振变换器|基本工作原理02 欠谐振()谐振点(=)p CLLC电路采用变频控制，分为三种工作模式，凭借其谐振腔结构具备高效的双向功率传输能力，但也引入了一系列建模、设计、控制和应用等方面的挑战。6五阶系统导致精确建模和参数设计困难。！关键问题1高阶系统建模设计挑战工作模态多，工作增益与方向工况复杂。！关键问题2多模态平滑切换困难同步整流需兼顾高精度与实现可行性。！关键问题3精确同步整流的需求母线电解电容成本高寿

4、命有限。！关键问题5两级式拓扑成本高三个磁性元件限制功率密度提升。！关键问题4磁元件体积占比大双向CLLC谐振变换器|谐振参数设计02 p CLLC 变换器的参数设计通常基于基波近似法（FHA）。7不同Q值下增益曲线不同k值下增益曲线增益不单调增益不单调参数选取流程图需要多次迭代 两个关键参数：励磁电感与谐振电感比k与品质因数Q，二者取值需权衡系统效率、增益范围实现与控制稳定性。CLLC变换器等效电路CLLC变换器增益表达式最大增益满足设计要求双向CLLC谐振变换器|参数设计优化方法02 p 本方案提出一种基于单调增益的CLLC参数快速优化法，将复杂设计转化为遵循“增益单调”与“最大增益需求”

5、两项准则的清晰流程。1.满足单调性的最大电感比做=0的剖面2.满足增益要求的最大电感比直接求解，提升了设计效率基于电感比分析的CLLC谐振变换器效率优化J.中国电机工程学报,2021(041-008).容性区：失去软开关不单调：控制策略难以实现k励磁电感谐振电流开关损耗设计目标：k尽可能大maxmax1max2=min,kkk8max1双向CLLC谐振变换器|精确时域模型02 p 精准构建CLLC时域解析模型，通过模型降阶与约束求解，实现了对电路工作状态的精确预测与性能优化。B.Li et al.,An Optimized Digital Synchronous Rectification S

6、cheme Based on Time-domain Model of Resonant CLLC Circuit,IEEE Trans.on Power Electron.,vol.36,no.9,pp.10933-10948,Sept.2021副边电流连续模式副边电流断续模式双激励分段函数解耦仿真与时域模型工作波形对比9双向CLLC谐振变换器|时域模型同步整流控制02 p 利用高精度时域解析解，无需额外检测电路，通过离线计算与在线查表实现高效同步整流。10电路状态判断查表计算不同电路模式后处理数字同步整流实现逻辑欠谐振模式轻载、满载波形准谐振模式轻载、满载波形过谐振模式轻载、满载波形双向C