湖南工业大学孙志峰、陈炎堃等提出输入并联输出并联LLC-DAB变换器电流—功率同步均衡三环控制策略

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导语

直流微电网、储能和电动汽车等应用场景，对DC-DC变换器的大功率、高效率及宽范围调压能力提出了更高要求。针对输入并联输出并联LLC-DAB变换器中存在的模块电流不均和内部子单元功率不均问题，湖南工业大学交通与电气工程学院研究团队提出了一种电流—功率同步均衡三环控制策略。相关成果发表于《电工技术学报》2026年第41卷第10期。

研究背景

LLC谐振变换器具有软开关范围宽、运行效率高等优势，但宽范围调压能力有限；双有源全桥（DAB）变换器具备较强的电压调节能力，但在部分运行工况下存在环流损耗和电流应力较大的问题。

LLC-DAB组合型变换器将两类拓扑的优势结合起来：LLC单元工作在谐振点，承担大部分功率并实现高效率传输；DAB单元承担部分功率，完成输出电压调节，从而兼顾高效率和宽电压增益。

在大容量、低压大电流应用中，将多个LLC-DAB模块采用输入并联输出并联（IPOP）方式运行，可有效实现系统扩容。但由于各模块的电感、电容及变压器参数不可避免地存在偏差，容易造成模块间电流和功率分配不均，影响系统运行可靠性。

图1 LLC-DAB混合变换器拓扑结构

图2 IPOP型LLC-DAB变换器电路拓扑结构

论文所解决的问题及意义

现有研究多集中于并联LLC变换器或并联DAB变换器的均流控制，而以LLC-DAB组合型变换器作为子模块时，其内部电流和功率分配关系更加复杂，均流机理及控制方法仍有待深入研究。

研究首先发现，IPOP型LLC-DAB变换器的均流性能主要由DAB子单元串联电感参数的不匹配程度决定，而LLC子单元谐振参数偏差对模块均流性能影响较小。

进一步分析表明，模块均流并不意味着内部子单元功率均衡。即使各LLC-DAB模块总电流相等，由于不同LLC子单元的实际电压增益存在差异，各模块内部LLC和DAB子单元承担的功率仍可能不同，导致部分子单元长期处于过功率运行状态。

该研究将控制目标由传统的“模块电流均衡”进一步拓展为“模块均流与内部功率均衡”，有助于降低器件电流应力和热应力，提高功率模块利用率及系统运行可靠性。

论文方法及创新点

论文建立了单个LLC-DAB变换器的电压、电流数学模型，并将其扩展到IPOP并联系统，分析模块均流、子单元均流及子单元功率均衡之间的关系。

在此基础上，作者提出了由输出电压环、模块均流环和子单元均功率环组成的电流—功率同步均衡三环控制策略。

其中，输出电压环用于维持系统输出电压稳定；模块均流环通过调节各DAB子单元的移相角，实现并联模块间的电流均衡；子单元均功率环则在LLC定频控制基础上引入较小的修正移相角，微调各LLC子单元的电压增益，使不同模块内部的LLC和DAB子单元实现功率均衡。

该方法的创新点主要体现在以下三个方面：

一是揭示了IPOP型LLC-DAB变换器的模块均流机理，明确DAB串联电感参数失配是影响系统均流性能的主要因素。

二是发现了模块已经实现均流时，内部子单元仍可能存在功率不平衡的问题。

三是提出电流—功率同步均衡三环控制策略。均流环和均功率环分别调节DAB移相角和LLC修正移相角，控制作用相对独立，结构清晰，便于工程实现。LLC侧仅引入较小的移相修正，对系统效率影响较小。

图3 电流—功率同步均衡三环控制策略框图

为验证所提方法，团队搭建了两相1.2 kW IPOP型LLC-DAB实验平台，系统额定输入电压为500 V，额定输出电压为48 V，每相模块额定功率为600 W。

图4 两相LLC-DAB变换器实验平台

结论

实验结果表明，在不同参数失配条件下，采用所提三环控制策略后，两相并联系统中的LLC单元和DAB单元均能实现良好均流，模块均流误差低于2%；同时，各LLC子单元电压增益趋于一致，实现了模块内部子单元功率均衡。

在输入电压变化、输出电压变化以及负载切换等运行工况下，所提策略仍能保持稳定的均流和均功率性能。动态实验表明，系统在软启动及满载—空载—满载切换过程中具有良好的动态响应，输出电压基本保持稳定。系统轻载运行效率高于94%，全负载范围峰值效率达到96.6%。

该研究为大容量、高效率LLC-DAB变换器的模块化扩容及可靠运行提供了新的控制思路，可为直流微电网、储能系统和电动汽车充电设备等应用中的功率变换系统设计提供参考。

图5 两相LLC-DAB并联拓扑在满载运行工况实验波形

(a)软启动实验波形

(b)满载-空载-满载Uo、iLr1、iLr2实验波形

(c)满载-空载-满载Uo、iL1、iL2实验波形

图6 两相LLC-DAB并联拓扑启动及切载运行工况波形

图7 两相 LLC-DAB 运行效率随着负载变化二维曲线

团队介绍

湖南工业大学电能变换与新能源电网团队，瞄准国家“双碳”战略，面向新能源、智能电网、轨道交通产业的重大需求，深耕电能优质高效变换与利用领域多年，以电力电子、新能源并网及电能变换理论为核心，主要研究电能变换技术及其在电力系统和轨道交通的应用、新型配电网的运行与控制、电能质量控制与治理等方向。近5年，承担国家重点研发计划、国家自然科学基金等国家级项目10项，主持省部级项目15项；企业技术攻关项目40余项。

孙志峰

研究生导师，博士毕业于南京航空航天大学，从事电力电子变换器拓扑与控制技术研究。主持国家自然科学青年基金、湖南省自科基金、湖南省教育厅、国网公司科技课题等项目。以第一、通讯作者发表IEEE TIE、TPEL等顶级期刊论文15篇，申请中国发明专利20余项。获第三届全国电气类专业青年教师实践教学设计创新大赛全国一等奖、中国发明协会“创业奖创新奖”等奖项20余项。

陈炎堃

硕士研究生，研究方向为DC-DC变换器及其控制。曾获第十一届阳光电源杯高校电力电子应用设计大赛全国二等奖。

曾进辉

教授，博士生导师，湖南省新型电力系统专家、湖南省电工技术学会有突出贡献中青年专家、湖南省可再生能源学会突出贡献专家。长期从事电力电子变换与控制领域的教学与研究工作，主要包括主动配电网关键技术与装备、新能源并网控制与优化及电能质量控制等。

兰征

副教授，研究生导师，湖南省青年骨干教师，中国电源学会青工委常务委员、电能质量专委会委员，中国电工技术学会电力电子专委会委员，湖南省电工技术学会理事，湖南省可再生能源学会理事，主要研究电力电子技术及其在新型电力系统中的应用。

本工作成果发表在2026年第10期《电工技术学报》，论文标题为"输入并联输出并联LLC-DAB变换器电流-功率同步均衡三环控制策略"。本课题得到国家自然科学基金项目、湖南省自然科学基金项目和湖南省教育厅项目资助。

引用本文

孙志峰, 陈炎堃, 庞赫, 曾进辉, 兰征. 输入并联输出并联LLC-DAB变换器电流-功率同步均衡三环控制策略[J]. 电工技术学报, 2026, 41(10): 3381-3395. Sun Zhifeng, Chen Yankun, Pang He, Zeng Jinhui, Lan Zheng. Current Power Synchronous Balancing Three Loop Control Strategy for Input Parallel Output Parallel LLC-DAB Converter. Transactions of China Electrotechnical Society, 2026, 41(10): 3381-3395.