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導語

為提升三相CLLC諧振變換器在全負載范圍內的輸出效率，中國礦業大學電機及其驅動研究所程鶴老師課題組提出一種基于擴展諧波的同步整流控制方法。針對切相策略下的三種工作模式，通過分析其參數特性與驅動信號差異，建立了擴展諧波阻抗模型，實現了二次側開關管導通時間的精確計算；同時引入三階擬合模型以降低DSP運算復雜度。最后設計并搭建了一臺基于SiC器件的2.5kW實驗樣機，驗證了該算法在顯著提升變換器全負載范圍效率的同時，有效抑制了二次側 SiC MOSFET的發熱。

研究背景

三相CLLC諧振變換器因具有高效率及全負載范圍軟開關特性，在電動汽車充電領域得到廣泛應用。然而，該拓撲開關管與磁性元件數量較多，導致輕載時開關損耗、驅動損耗及磁損耗增加，效率明顯下降。

為解決該問題，可采用切相策略，在負載降低時關斷部分橋臂，以適應電池充電的預充電、恒流充電、恒壓充電三階段，從而提升輕載時的效率。為進一步提升變換器整體效率，可在變換器二次側引入同步整流控制，降低導通損耗。然而，傳統基波分析法在參數失配時精度有限，而高精度擴展諧波模型運算復雜，且在切相策略下適配多種工作模式的SR控制方案仍鮮有研究。

圖1 電池充電階段

論文所解決的問題及意義

研究團隊通過建立適用于三種切相模式的擴展諧波阻抗模型，并引入三階擬合模型降低運算負擔，解決了多模式SR控制精度與實時性難以兼顧的問題。為多模式運行變換器的精準控制提供了理論依據。同時，所提算法顯著提升了全負載范圍效率，并有效抑制了二次側MOSFET發熱，具有重要的工程實用價值。

論文方法及創新點

1、基于擴展諧波分析（EHA）的同步整流控制算法

通過考慮方波激勵中的高次諧波分量，建立了更精確的擴展諧波阻抗模型，從而更準確地計算出二次側諧振電流的過零點。

圖2 傅里葉級數展開后輸入電壓波形

2、實現了切相策略下全工作模式的SR控制

深入分析了切相策略下三種工作模式（三相、全橋、半橋）的參數特性與驅動信號差異，并分別建立了對應的EHA模型。

3、引入三階擬合模型以降低DSP運算負擔

利用MATLAB對計算出的導通時間數據進行離線處理，采用了三階多項式擬合模型。將復雜的在線計算簡化為簡單的乘加運算，顯著減少了DSP的運算周期和資源占用，提升了系統的實時性和可靠性。

圖3 三相模式導通時間對比

圖4 全橋模式和半橋模式導通時間對比

圖5 三相CLLC諧振變換器實驗樣機

圖6 使用SR控制后變換器效率

結論

針對三相CLLC諧振變換器在電能轉換過程中面臨的高效率需求、輕載效率下降以及同步整流實現復雜等關鍵挑戰，本文提出了一種基于擴展諧波分析的三相CLLC諧振變換器同步整流控制算法。

通過研究切相策略下變換器三種工作模式的特性及驅動信號差異，建立了擴展諧波阻抗模型，精確計算了不同工作模式下SR MOSFET的導通時間。同時，利用三階擬合模型顯著減少了控制系統的運算量。

為驗證算法的可行性，設計并搭建了一臺基于SiC器件的2.5kW實驗樣機。實驗結果表明，所提出的同步整流控制算法顯著提升了三相CLLC諧振變換器在全負載范圍內的效率，并有效緩解了SR MOSFET的發熱。

團隊介紹

研究人員隸屬于中國礦業大學電機及其系統研究所。研究所主要圍繞著高品質電機優化設計、高性能電機控制及智能狀態監測、新型電力電子電路及其控制、可再生能源發電、高效儲能與電能變換、高功率密度車載充電器等相關課題開展基礎科學理論和關鍵應用技術研究。

該發表論文的第一作者為中國礦業大學程鶴副教授。研究方向為新能源發電技術，新能源電動汽車，電力電子變換器，車載高功率密度充電器，電機驅動控制系統等。主持國家自然科學基金面上項目和青年項目各1項，中國博士后科學基金面上項目1項，江蘇省自然科學基金面上項目和青年項目各1項，江蘇省博士后科學基金（A類）1項，徐州市應用基礎研究計劃面上項目和青年項目各1項，中國礦業大學基本科研基金1項；主持企業委托課題10余項；參與國家自然科學基金和國際合作項目5項，省部級和企業合作項目10余項。獲江蘇省科學技術二等獎1項，國家能源科技進步三等獎1項，徐州市科學技術一等獎1項。發表SCI檢索論文60余篇，申請發明專利40余項，出版專著1部。

程鶴

副教授，博士生導師，研究方向為新能源發電技術、新能源電動汽車、電力電子變換器、車載高功率密度充電器、新型電機設計、電機驅動系及其控制等。

徐愷

碩士研究生，主要研究方向為高功率密度車載充電器和平面磁集成技術。

本工作成果發表在2026年第4期《電工技術學報》，論文標題為“基于擴展諧波的三相CLLC諧振變換器同步整流控制“。本課題得到江蘇省自然科學基金項目和徐州市基礎研究計劃項目資助。

引用本文

程鶴, 徐愷, 董斌, 苗赫勛, 李朋圣. 基于擴展諧波的三相CLLC諧振變換器同步整流控制[J]. 電工技術學報, 2026, 41(4): 1381-1396. Cheng He, Xu Kai, Dong Bin, Miao Hexun, Li Pengsheng. Three-Phase CLLC Resonant Converter with Synchronous Rectification Control Based on Extended Harmonics. Transactions of China Electrotechnical Society, 2026, 41(4): 1381-1396.

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