諧振轉(zhuǎn)換器憑借其軟開(kāi)關(guān)特性與電磁兼容優(yōu)勢(shì)，成為中大功率場(chǎng)景的核心拓?fù)洹Ｈ欢?，單相系統(tǒng)固有的兩倍頻功率波動(dòng)與開(kāi)關(guān)動(dòng)作產(chǎn)生的高頻紋波，始終是制約輸出電能質(zhì)量的瓶頸。本文以LLC諧振轉(zhuǎn)換器與雙有源橋(DAB)架構(gòu)為研究對(duì)象，通過(guò)信號(hào)調(diào)制解調(diào)理論、控制策略創(chuàng)新與實(shí)際工程驗(yàn)證，揭示兩者在紋波抑制中的技術(shù)差異與協(xié)同路徑。

一、LLC架構(gòu)：諧振網(wǎng)絡(luò)的“天然濾波器”特性

LLC諧振轉(zhuǎn)換器通過(guò)串聯(lián)諧振電感(Lr)、并聯(lián)磁化電感(Lm)與諧振電容(Cr)構(gòu)建雙諧振回路，其工作頻率在諧振點(diǎn)附近動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)以實(shí)現(xiàn)增益控制。這種設(shè)計(jì)天然具備對(duì)高頻紋波的抑制能力：當(dāng)開(kāi)關(guān)頻率高于諧振頻率時(shí)，諧振回路呈現(xiàn)感性，次級(jí)整流二極管實(shí)現(xiàn)零電流關(guān)斷(ZCS)，從信號(hào)調(diào)制角度分析，輸入低頻紋波經(jīng)開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)調(diào)制后，其頻譜被搬移至開(kāi)關(guān)頻率的奇次諧波附近，而諧振網(wǎng)絡(luò)對(duì)高頻信號(hào)的衰減特性使這部分能量被顯著抑制。

以某7.4kW電動(dòng)汽車車載充電器為例，其全橋LLC架構(gòu)在400V輸入、390V輸出條件下，通過(guò)優(yōu)化諧振參數(shù)(Lr=14μH、Cr=47nF)使工作頻率穩(wěn)定在200-800kHz范圍。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，在未添加額外濾波電容時(shí)，輸出電壓紋波峰峰值從傳統(tǒng)硬開(kāi)關(guān)拓?fù)涞?20mV降至35mV，驗(yàn)證了諧振網(wǎng)絡(luò)對(duì)高頻紋波的“自然衰減”效應(yīng)。

二、DAB架構(gòu)：雙向功率流的“精準(zhǔn)調(diào)制”優(yōu)勢(shì)

DAB架構(gòu)通過(guò)原副邊全橋與高頻變壓器實(shí)現(xiàn)能量雙向傳輸，其核心優(yōu)勢(shì)在于移相控制(SPS)與三重移相控制(TPS)的靈活性。在紋波抑制層面，DAB的調(diào)制機(jī)制展現(xiàn)出獨(dú)特價(jià)值：當(dāng)輸入側(cè)存在兩倍頻功率波動(dòng)時(shí)，通過(guò)動(dòng)態(tài)調(diào)整原副邊橋臂的移相比，可將功率波動(dòng)轉(zhuǎn)化為變壓器漏感中的儲(chǔ)能變化，再經(jīng)整流網(wǎng)絡(luò)解調(diào)為平滑的直流分量。

西安交通大學(xué)團(tuán)隊(duì)在三級(jí)式電力電子變壓器研究中揭示，DAB在SPS控制下，輸入功率的二次諧波分量可通過(guò)變壓器漏感(Lt)與移相比(d)的數(shù)學(xué)關(guān)系進(jìn)行量化：當(dāng)d=0.5時(shí)，輸入功率波動(dòng)被完全抑制，輸出電壓紋波降低72%。進(jìn)一步采用PIR控制策略(比例-積分-諧振控制)，在100Hz處提供34dB增益，使6.6kW滿載輸出紋波從120mV降至50mV以下，較傳統(tǒng)PI控制提升40%抑制效果。

三、拓?fù)鋮f(xié)同：從“單點(diǎn)突破”到“系統(tǒng)優(yōu)化”

盡管LLC與DAB在紋波抑制中各具優(yōu)勢(shì)，但實(shí)際工程中需結(jié)合應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行拓?fù)鋮f(xié)同。例如，在單相兩級(jí)式AC-DC-DC充電系統(tǒng)中，前級(jí)PFC產(chǎn)生的100Hz紋波會(huì)通過(guò)直流母線傳遞至后級(jí)DC-DC轉(zhuǎn)換器。此時(shí)，LLC的諧振網(wǎng)絡(luò)可抑制高頻開(kāi)關(guān)紋波，而DAB的移相控制則針對(duì)低頻功率波動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償。

某實(shí)驗(yàn)平臺(tái)采用“LLC+DAB”混合架構(gòu)，其中LLC負(fù)責(zé)將400V直流母線電壓轉(zhuǎn)換為48V中間電壓，DAB進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)48V至12V的隔離變換。通過(guò)在DAB控制環(huán)路中嵌入PR控制器，針對(duì)100Hz諧波設(shè)計(jì)諧振峰值，使輸出電壓紋波從85mV降至32mV，同時(shí)系統(tǒng)效率提升至96.7%。這一結(jié)果證明，結(jié)合LLC的諧振濾波與DAB的精準(zhǔn)調(diào)制，可實(shí)現(xiàn)從低頻到高頻的全頻段紋波抑制。

四、技術(shù)挑戰(zhàn)與未來(lái)方向

當(dāng)前研究仍面臨兩大挑戰(zhàn)：其一，LLC在寬輸入電壓范圍內(nèi)(如360-420V)的諧振參數(shù)動(dòng)態(tài)調(diào)整問(wèn)題，需開(kāi)發(fā)自適應(yīng)諧振腔設(shè)計(jì)方法;其二，DAB在多模塊并聯(lián)時(shí)的移相控制同步難題，需借助分布式協(xié)同控制算法實(shí)現(xiàn)相位精準(zhǔn)對(duì)齊。

未來(lái)，隨著氮化鎵(GaN)器件的普及，諧振轉(zhuǎn)換器將向更高開(kāi)關(guān)頻率(MHz級(jí))演進(jìn)。此時(shí)，LLC的諧振網(wǎng)絡(luò)需重新設(shè)計(jì)以避免寄生參數(shù)影響，而DAB的移相控制則需結(jié)合數(shù)字孿生技術(shù)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)參數(shù)優(yōu)化。此外，基于人工智能的紋波預(yù)測(cè)與主動(dòng)補(bǔ)償算法，有望將輸出電壓紋波控制在10mV以內(nèi)，為精密測(cè)試、醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域提供超純凈電源解決方案。

結(jié)語(yǔ)

從LLC的諧振網(wǎng)絡(luò)到DAB的移相控制，電力電子工程師正通過(guò)拓?fù)鋭?chuàng)新與控制策略迭代，不斷突破紋波抑制的物理極限。這場(chǎng)技術(shù)競(jìng)賽不僅關(guān)乎轉(zhuǎn)換器本身的性能提升，更將重新定義高效率、高可靠性電力電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)范式。隨著材料科學(xué)與控制理論的交叉融合，諧振轉(zhuǎn)換器必將在碳中和時(shí)代綻放更耀眼的技術(shù)光芒。