DAB与LLC电路常见技术问题：如何优化DAB与LLC电路的效率与稳定性？

Question

**DAB与LLC电路常见技术问题：如何优化DAB与LLC电路的效率与稳定性？** 在DAB（双有源桥）与LLC谐振变换器中，效率与稳定性是设计中的核心挑战。常见的技术问题包括：开关器件的损耗分布不均、谐振参数设计不合理导致的增益失配、轻载或空载时的稳定性下降、以及并联均流不均引发的热失衡。此外，DAB电路中还存在回流功率问题，影响整体效率；而LLC电路则易受寄生参数影响，导致频率漂移和ZVS（零电压开关）失效。如何在宽输入/输出范围内实现高效软开关，并维持系统稳定，成为关键难题。本文将围绕这些技术痛点，深入探讨优化DAB与LLC电路效率与稳定性的实用策略。

Answer 1

DAB与LLC电路常见技术问题：如何优化DAB与LLC电路的效率与稳定性？

在电力电子变换器设计中，DAB（双有源桥）与LLC谐振变换器因其高效率和软开关特性而被广泛应用。然而，在实际应用中，它们面临着诸如开关损耗分布不均、增益失配、轻载稳定性差、并联均流不均、回流功率以及ZVS失效等挑战。本文将围绕这些关键问题展开深入分析，并提供实用的设计优化策略。

1. 开关器件损耗分布不均

在DAB和LLC电路中，由于控制策略或拓扑结构的不对称性，可能导致不同开关器件的导通时间或电流应力不一致，进而造成损耗分布不均。

• 原因分析：控制方式不当、死区设置不合理、寄生电感影响等。
• 解决方案：采用对称控制策略、优化死区时间、使用低寄生电感封装的MOSFET或SiC器件。

器件类型	导通损耗占比	开关损耗占比	总损耗比例
MOSFET A	40%	60%	100%
MOSFET B	35%	65%	100%

2. 谐振参数设计不合理导致的增益失配

LLC电路依赖于Lr-Cr-Lm组成的谐振网络实现软开关，若参数设计不合理，会导致在不同负载条件下输出电压无法稳定，甚至出现频率漂移。

1. 计算目标谐振频率 f_r = 1/(2π√(L_rC_r))
2. 确定品质因数 Q = √(L_r/L_m)
3. 根据负载范围调整变比 n 和Q值，确保增益曲线覆盖所需工作区间

graph TD A[输入电压Vin] --> B(谐振频率fr) B --> C{是否满足负载范围?} C -->|是| D[确认增益曲线] C -->|否| E[调整Lr/Cr/Lm] D --> F[确定最终参数] E --> B

3. 轻载/空载时的稳定性下降

在轻载或空载状态下，LLC电路可能出现频率大幅上升，导致ZVS失效；而DAB则可能因传输功率过小而导致控制不稳定。

• LLC对策：引入频率钳位机制、采用多模式控制（如PWM+PFM混合控制）
• DAB对策：优化移相角控制策略，引入辅助电容或电感提升轻载响应

4. 并联均流不均引发热失衡

当多个DAB或LLC模块并联运行时，由于线路阻抗差异或控制误差，易出现电流分配不均，导致部分模块过热。

// 示例：均流控制算法伪代码
void current_share_control() {
    float total_current = 0;
    for (int i=0; i<MODULE_NUM; i++) {
        total_current += current[i];
    }
    float avg_current = total_current / MODULE_NUM;
    for (int i=0; i<MODULE_NUM; i++) {
        error[i] = current[i] - avg_current;
        adjust_duty(i, Kp * error[i]);
    }
}

5. DAB中的回流功率问题

在DAB电路中，由于双向能量流动的不对称性，可能出现“回流功率”现象，即部分能量从副边返回原边但未做有效功，增加损耗。

• 优化移相角控制策略，减少无效能量循环
• 采用单向能量流动优先的调制策略
• 加入虚拟电阻法抑制回流功率

6. LLC中ZVS失效与寄生参数影响

LLC电路依赖ZVS实现高效开关，但在高频或轻载下，寄生电容、电感的变化可能导致ZVS失效，增大开关损耗。

1. 精确建模寄生参数，纳入仿真模型
2. 合理选择死区时间以适应寄生电容充放电需求
3. 使用具有较低Coss和Crss的MOSFET或SiC器件

7. 宽输入/输出范围下的软开关维持难题

在宽输入/输出范围内，LLC电路的工作点频繁变化，可能导致软开关条件破坏，影响效率。

• 采用可变频控制结合多级调节策略
• 引入辅助绕组或电感切换机制
• 设计自适应补偿控制器，动态调整控制参数

8. 系统整体稳定性优化策略

为提高系统稳定性，需综合考虑控制环路设计、反馈精度、滤波器配置及抗干扰能力。

优化手段	适用场景	预期效果
PI/PID闭环控制	常规负载波动	稳定输出电压
前馈控制	输入波动大	快速响应输入变化
状态观测器	复杂非线性系统	提高控制精度