LLC谐振变换器具有宽ZVS和ZCS的优势，且励磁电感可集成在变压器中实现高功率密度，是近年来备受关注的隔离型拓扑之一。结合具备高频、高压优良特性的宽禁带器件，LLC变换器可进一步实现极高的效率和功率密度，广泛应用在电动汽车、储能系统及光伏系统中。同步整流技术是采用MOSFET代替整流二极管，可显著降低整流导通损耗，是实现LLC变换器高效率的最有效方法之一。
现有LLC变换器同步整流方法，主要是通过测量同步整流管的漏源极电压来控制功率管开通和关断，应用在单向低压大电流场合，如图1所示。当同步整流管漏源极电压低于导通阈值，说明此时体二极管有电流流过，检测芯片输出驱动信号使其导通。关断时，通过判断漏源极电压的大小，控制同步整流管关断。
该方法在低电压下是有效的(几十伏)，但在高电压下并不适用(高达700 V)。高压高频SiC应用条件下产生的高dv/dt，使得寄生电感极易影响检测电路的准确性。并且检测电路也增加了变换器的复杂性和成本，特别是在双向LLC应用中。
图1 检测漏源极电压同步整流策略
安徽大学、南京航空航天大学的李浩然、崔超辉、王生东、张之梁、胡存刚，在2022年第24期《电工技术学报》上撰文指出，针对现有同步整流方案存在的检测电路复杂、抗干扰性弱以及同步整流导通占空比精度不高的问题，他们提出了基于二阶拟合模型的SiC双向LLC数字同步整流控制策略。通过在频域建立同步整流导通时间的解析模型，利用二阶多项式拟合原始复杂模型，简化计算同步整流导通时间，具备控制简单、抗干扰性强和同步整流导通时间精度高的优点，大幅降低了同步整流导通损耗。
图2所示为所提正向LLC同步整流控制。通过建立二阶拟合模型，考虑开关频率和输出等效负载的变化，实时计算同步整流管导通时间。一次侧开关管驱动信号和二次侧开关管驱动信号的开通时刻是相同的，但同步整流管关断时刻由计算出的同步整流导通时间决定。因此，同步整流导通时间可根据开关频率或输出负载的变化而变化。
图2 所提正向LLC同步整流控制
为了验证所提同步整流控制的有效性，搭建了一台6.6-kW双向充电机样机，如图3所示。前级为交错并联图腾柱PFC，后级为LLC变换器，谐振频率为300 kHz。采用Wolfspeed公司的SiC MOSFETs（C3M0065090D）。正向充电额定功率为6.6 kW, 反向放电额定功率为3.3 kW，电池电压范围为200 V~500 V。
图3 6.6 kW双向LLC充电机实验样机
图4所示为LLC变换器正向运行下采用所提控制的工作波形。开关频率为270 kHz，输出为满载6.6 kW时，所提控制可精确的控制同步整流管的驱动导通时间，显著降低同步整流管体二极管的导通时间，减少体二极管导通损耗，从而提高LLC变换器的效率。
图4 所提控制下正向LLC同步整流波形
所提同步整流控制可根据负载变化实时调节同步整流导通时间，降低同步整流管导通损耗，提高效率。相比于传统控制方法，正向满载6.6 kW下，所提控制效率提升高达0.36%。反向放电满载3.3 kW条件下，所提控制效率提升达到0.29%。
研究人员指出，所提基于二阶拟合模型的同步整流控制，相比于传统控制，控制精度高，抗干扰性强，且不增加任何元器件和成本。
本文第一作者介绍
李浩然
李浩然，工学博士，讲师，硕士生导师，IEEE Member，所在团队为安徽大学电气工程学院王群京教授和胡存刚教授课题组。研究方向为SiC大功率双向充电技术、GaN高功率密度电源技术、数字控制双向谐振变换技术等。主持安徽省高校自然科学研究重点项目1项和多项企业课题，参与多项国家自然科学基金项目和国家重点研发计划课题。担任IEEE TPEL、IEEE JESTPE等SCI期刊审稿人。
本文编自2022年第24期《电工技术学报》，论文标题为“基于二阶拟合模型的SiC双向LLC数字同步整流控制”。本课题得到安徽省自然科学基金杰青项目、安徽省自然科学基金青年项目和安徽省高校自然科学研究项目的支持。
