Ключові слова
метод першої гармоніки
метод суперпозиції
регулювальні характеристики
резонансний перетворювач analytical-structural modeling
first harmonic method
superposition method
control characteristics
resonant converter
Як цитувати
Анотація
В роботі представлено розрахунки регулювальних характеристик двотактного резонансного перетворювача з послідовним резонансним контуром (LLC-типу) з частотним регулюванням двома методами – методом першої гармоніки та методом суперпозиції. Теоретичні результати перевірено аналітично-структурним методом моделювання. Силову схему резонансного перетворювача для аналізу електромагнітних процесів заміщено лінійною Т-подібною схемою з двома послідовними резонансними електричними RLC-ланцюгами і еквівалентними генераторами прямокутних напруг, які імітують транзисторний інвертор та діодний випрямляч в режимі квазінеперервного струму. Аналітично-структурний метод моделювання полягає в частково аналітичному і частково структурному шляхах побудови чисельної моделі резонансного перетворювача у вигляді імітаційної моделі в середовищі MATLAB-Simulink. Лінійні структурні ланки моделі створено на основі інтегральних рівнянь кіл. Нелінійні ланки створено на основі нелінійних функцій та причинно-наслідкових зв’язків. Структурна модель на основі даних ланок враховує нелінійність елементів силової схеми резонансного перетворювача і базується на простіших математичних виразах у порівнянні з еквівалентною математичною моделлю резонансного перетворювача. Структурна модель відповідає уявленню резонансного перетворювача у вигляді резонансного контуру з незалежними еквівалентними генераторами напруг і дає можливість регулювати коефіцієнт магнітного зв’язку між обмотками трансформатора та моделювати процеси за довільних керуючих функціях еквівалентних генераторів. Особливістю використання метода суперпозиції для розрахунків статичних характеристик резонансного перетворювача виявилась необхідність погоджувати фази напруг еквівалентних генераторів схеми заміщення у разі зміни робочої частоти або відносної напруги навантаження. Залежність вхідної напруги випрямляча, яка моделюється другим еквівалентним генератором, від процесів силової схеми реального резонансного перетворювача, визначає умови погодження (налаштування) фаз еквівалентних генераторів. Бібл. 30, рис. 5.
Посилання
Wenjin Sun, Xiang Jin, Li Zhang, Haibing Hu, Yan Xing. Analysis and design of a multi-resonant converter with a wide output voltage range for EV charger applications. Journal of Power Electronics. 2017. Vol. 17. No 4. Pp. 849-859.
Pavlov G., Vinnychenko I., Nazarova N., Vinnychenko D., Obrubov A. Study of the effect of transformer windings coupling coefficient of flyback resonant converter for wireless energy transfer on its output characteristics. 2022 IEEE 3rd KhPI Week on Advanced Technology (KhPIWeek), Kharkiv, Ukraine, 03–07 October 2022. Pp. 1-6. DOI: https://doi.org/10.1109/KhPIWeek57572.2022.9916434.
Pavlov G., Obrubov A., Vinnychenko I. Design procedure of static characteristics of the resonant converters. 2021 IEEE 3rd Ukraine Conference on Electrical and Computer Engineering (UKRCON), Lviv, Ukraine, 26–28 August 2021. Pp. 401-406. DOI: https://doi.org/10.1109/UKRCON53503.2021.9575698 .
Wikkerink D., Mor A.R., Polinder H., Ross R. Converter design for high temperature superconductive degaussing coils. IEEE Access. 2022. Vol. 10. Pp. 128656-128663. DOI: https://doi.org/10.1109/ACCESS.2022.3227508 .
Leach W.M. On the application of superposition to dependent sources in circuit analysis. IEEE Transactions on Education. 1994.
Ali Bekir Yildiz. Modified nodal analysis-based determination of transfer functions for multi-inputs multi-outputs linear circuits. Automatika. 2010. Vol. 51. No 4. Pp. 353-360. DOI: https://doi.org/10.1080/00051144.2010.11828391.
Mustafa M. W., Sulaiman M. H. Transmission loss allocation in deregulated power system via superposition and proportional tree methods. IEEE 2nd International Power and Energy Conference, Johor Bahru, Malaysia, 01-03 December 2008. Pp. 988-993. DOI: https://doi.org/10.1109/PECON.2008.4762619.
Santos I.N., de Oliveira J.C., Macedo J.R. Modified superposition method for assignment of responsibilities on harmonic distortions. 11th International Conference on Electrical Power Quality and Utilisation, Lisbon, Portugal, 17–19 October 2011. Pp. 1-5. DOI: https://doi.org/10.1109/EPQU.2011.6128814.
Huang S., Ding T., Li F., Yang L. A new calculation method for open-phase fault based on superposition principle. International Conference on Advanced Power System Automation and Protection, Beijing, China, 16–20 October 2011. Pp. 1139-1143. DOI: https://doi.org/10.1109/APAP.2011.6180977.
Wu J., Bie L., Kong W., Gao P., Wang Y. Multi-frequency multi-amplitude superposition modulation method with phase shift optimization for single inverter of wireless power transfer system. IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers. 2021. Vol. 68. No 5. Pp. 2271-2279. DOI: https://doi.org/10.1109/TCSI.2021.3060832 .
Pavlov G., Obrubov A. Vinnychenko I. Dynamic model of the resonant converter for influence from the supply side. Tekhnichna Elektrodynamica. 2024. No 2. Pp. 42-51. DOI: https://doi.org/10.15407/techned2024.02.042 (Ukr.).
Xie H., He Y., Hang L., Zeng P., Zhan X. Research on improved modeling method of CLLLC resonant converter. IEEE International Power Electronics and Application Conference and Exposition (PEAC). Guangzhou. Guangdong, China, 04–07 November 2022. Pp. 1642-1648. DOI: https://doi.org/10.1109/PEAC56338.2022.9959125.
Mammano B. Resonant mode converter topologies. Texas Instruments. 2001. URL: https://www.thierry-lequeu.fr/data/SLUP085.pdf (accessed at 02.04.2024)
Kazimierczuk M., Czarkowski D. Resonant power converters, 2nd ed. John Wiley & Sons, Inc, 2011. 640 p.
Erickson B. Resonant power conversion. 2012. Colorado Power Electronics Center, Boulder.
Yoo J.-S., Gil Y.-M., Ahn T.-Y. Steady-state analysis and optimal design of an LLC resonant converter considering internal loss resistance. Energies. 2022. Vol. 15. Pp. 8144-8152. DOI: https://doi.org/10.3390/en15218144
Fredderics A., Kumar K. V., Renius J., Guru R. The FHA analysis of dual-bridge LLC type resonant converter. International Journal of Power Electronics and Drive Systems (IJPEDS). 2014. Vol. 4. DOI: https://doi.org/10.11591/ijpeds.v4i4.6513.
Yang B., Lee F., Zhang A., Huang G. LLC resonant converter for front-end DC/DC conversion. APEC. 17th annual IEEE applied power electronics Conference and Exposition, Dallas, USA, 10–14 March 2002. Vol. 2. Pp. 1108-1112. DOI: https://doi.org/10.1109/APEC.2002.989382.
Pavlov G., Pokrovskiy M., Vinnichenko I., Vinnichenko D., Zhuk I. Energy parameters of the serial-to-serial resonant converter with pulse-number control for wireless power transfer. IEEE 4th International Conference on Intelligent Energy and Power Systems (IEPS), Istanbul, Turkey, 07–11 September 2020. Pp. 296-300. DOI: https://doi.org/10.1109/IEPS51250.2020.9263195.
Huang J., Zhang X. Step-by-step threshold design methodology of switching frequency regulation for a generalized resonant DC–DC converter. IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2020. Vol. 67. Pp. 10975-10980. DOI: https://doi.org/10.1109/TIE.2019.2959514
Wang H., Shen T., Wu N., Tang F. A Low-power hiccup-mode short-circuit protection technique for DC-DC boost converter. Electronics. 2022. Vol 11. Pp. 870-879. DOI: https://doi.org/10.3390/electronics11060870
Wan H. High efficiency DC-DC converter for EV battery charger using hybrid resonant and PWM technique: PhD diss. Thesis. Virginia Tech., 2012. 125 p.
Wei Y., Luo Q., Mantooth H.A. LLC and CLLC resonant converters based DC transformers (DCXs): characteristics, issues, and solutions. CPSS Transactions on Power Electronics and Applications. 2021. Vol. 6. No 4. Pp. 332-348. DOI: https://doi.org/10.24295/CPSSTPEA.2021.00031.
De Simone S., Adragna C., Spini C. Gattavari G. Design-oriented steady-state analysis of LLC resonant converters based on FHA. International Symposium on Power Electronics, Electrical Drives, Automation and Motion, Taormina, Italy, 23–26 May 2006. Pp. 200-207. DOI: https://doi.org/10.1109/SPEEDAM.2006.1649771.
De Simone S., Adragna C., Spini C. Design guideline for magnetic integration in LLC resonant converters. International Symposium on Power Electronics, Electrical Drives, Automation and Motion, Ischia, Italy, 11–13 June 2008. Pp. 950-957. DOI: https://doi.org/10.1109/SPEEDHAM.2008.4581225.
Smeets P. First harmonic approximation - power transfer deviation for resonant LLC converters. ZeoN PowerTec. 2014. 8 p. URL: https://www.zeonpowertec.com/uploads/0LxZctXr/zeonpowertec_doc1a.pdf (accessed at 02.04.2024)
Bartecka M., Kłos M., Paska J. Effective design methodology of CLLC resonant converter based on the minimal area product of high-frequency transformer. Energies. 2024. Vol. 17. No 1. Pp. 55-66. DOI: https://doi.org/10.3390/en17010055.
Pavlov G., Obrubov A., Vinnichenko I. Determining the dynamic model of the charging resonant converter with inductive coupling by an experimental-analytical method. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2022. Vol. 4. No 8(118). Pp. 17-28. DOI: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.263526 .
Pavlov G., Obrubov A., Vinnichenko I. Optimizing the operation of charging self-generating resonant inverters. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2022. Vol. 1. No 5(115). Pp. 23-34. DOI: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.252148
Hosea M.E., Shampine L.F. Analysis and implementation of TR-BDF2. Applied Numerical Mathematics. 1996. Vol. 20. Iss. 1–2. Pp. 21-37. DOI: https://doi.org/10.1016/0168-9274(95)00115-8.
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
Авторське право (c) 2024 Array