合肥工业大学先进功率器件及能量变换研究团队：宽增益CLLLC谐振变换器变频移相混合调制及其高效同步整流方法

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导语

为应对新能源汽车动力电池宽电压增益与宽负载范围下的高效充电挑战，合肥工业大学先进功率器件及能量变换研究团队（依托电能高效高质转化全国重点实验室、功率半导体封装与可靠性安徽省重点实验）在《电工技术学报》2026年12期提出一种宽增益CLLLC谐振变换器变频移相混合调制及其高效同步整流方法。

该研究聚焦车载充电机在宽负载下的宽电压增益和高效率要求，创新性地提出了优化的变频-内移相混合调制及基于开通延迟的数模混合同步整流策略。实验样机全面验证了该策略在实现宽增益调节的同时，保障了宽负载范围的零电压开通（ZVS），系统峰值效率高达97.6%。

研究背景

随着电动汽车及动力电池技术的迅猛发展，车载充电机（OBC）面临宽电压增益、宽负载范围、高转换效率等多重挑战。CLLLC谐振变换器虽具备双向运行及软开关优势，但传统的单一变频调制面临轻载降压挑战，引入内移相调制后虽能扩宽增益，却易导致重载低增益下原边滞后桥臂丢失ZVS，带来严重的开关损耗与热应力。

此外，混合调制模式下副边同步整流动作受开关频率、移相角与负载等多重影响，难以精准确定动作时序，易引发谐振腔环流。为解决上述问题，急需一种兼顾宽电压增益、宽范围软开关与精准同步整流的综合控制方案。

论文所解决的问题及意义

针对车载充电机在宽增益与宽负载运行下，传统变频-内移相混合调制在重载低增益下原边滞后桥臂ZVS难以实现，以及多参数耦合下同步整流时序难以精准控制的两大难题，本文通过优化调制切换点，极大拓宽了变换器实现软开关的运行范围；在此基础上，提出基于开通延迟的数模混合同步整流方案，以极低的硬件代价实现了高精度同步整流，为复杂时序的精准控制提供了全新的理论模型与方法支撑。

论文方法及创新点

1、优化传统变频-内移相调制切换边界

本文通过对传统变频-内移相调制下原边滞后桥臂进行关断模态分析，明确了重载低增益下ZVS丢失机理：随着移相角的增加，系统易进入导致硬开关的特定关断模态（N模态）。

针对上述问题，提出了一种优化的混合调制策略。通过在满足目标电压增益的前提下，优先提高系统开关频率以减小所需的移相角，严格限制了重载工况下内移相调制的介入程度。该策略通过合理设定变频与移相调制的切换边界，有效规避了N模态的发生，确保了变换器在宽增益、宽负载运行下的宽范围ZVS特性。

图1 变频-内移相混合调制增益曲线

2、基于开通延迟的数模混合同步整流策略

针对混合调制模式下副边同步整流的协同难题，在软件端，本文以最重负载为参考基准构建了开通延迟角的多项式拟合函数，通过微控制器实时结合开关频率与移相角动态计算最优开通延迟指令，精准抑制了提前导通引发的环流。在硬件端，复用微控制器内部的高速比较器子系统，实时检测副边谐振电流过零点以触发关断信号。该数模混合架构无需增加复杂的外部检测电路，实现了高精度的同步整流协同。

图2 基于数模混合的SR原理

结论

1）所提策略使CLLLC谐振变换器具备了0.67至1.5的宽电压增益调节范围。在面对输出电压在极端工况跳变时，变换器能够在变频调制与内移相调制之间实现平滑稳定的模式切换，展现出良好的动态响应性能。

2）实验证明，优化的混合调制策略实施后，即使降至最低电压，在重载下能够保证原边滞后桥臂ZVS特性，有效降低了高频运行下的开关损耗与热应力风险。

3）在所提的同步整流策略下，控制器可根据工况精准确定开通延迟角与关断时刻，有效抑制了非理想的谐振腔环流。

图3 CLLLC变换器实验样机

图4 变换器系统效率

团队介绍

合肥工业大学先进功率器件及能量变换团队于2022年9月成立，团队负责人为合肥工业大学副校长丁立健教授，现有全职科研人员17人（教授6人，副教授9人，博士后2人），包括国家百千万人才工程入选者、国家级青年人才、安徽省海外人才、中国科协青年托举人才、博新计划入选者等高水平人才。团队成员均具备海外学习或/和工作背景，也具备工业界基础，研究聚焦先进功率变换拓扑与控制、宽禁带功率器件及应用、特种电源及应用等研究领域，致力于结合先进功率器件开发具备高功率密度和高可靠性的能量变换装置。

团队自成立以来，申报并获批了电能高效高质转化全国重点实验室和功率半导体封装与可靠性安徽省重点实验，依托团队建设的还有合肥综合性国家科学中心能源研究院（安徽省能源实验室。团队科研经费充足，目前已承担的科研经费超亿元，其中2024年获批了安徽省发改委的功率器件平台建设项目。团队与行业头部企业阳光电源、华为技术、奇瑞汽车、臻驱科技、中国中车、中国铁科院、国家电网、蔚来汽车、德国英飞凌等建立了深入且长期的合作，学生福利待遇好，学生就业前景明朗。团队拟招收功率半导体器件与能量变换方向的博士和硕士研究生，欢迎广大有志青年的加入。

齐贤斌

副教授，博士，博士生导师。长期从事电力电子高效功率变换技术、特种电源与高性能功率变换装备、电池主动管理等方向研究。

杨之青

副研究员，博士，博士生导师。长期从事特种电源与高性能功率变换装备、新能源并网先进控制与稳定理论等方向研究。

李贺龙

教授，博士，博士生导师。主要研究方向为功率半导体器件封装与电力电子应用。

本工作成果发表在2026年第12期《电工技术学报》，论文标题为"宽增益CLLLC谐振变换器变频移相混合调制及其高效同步整流方法"。本课题为安徽省自然科学基金和功率半导体封装与可靠性安徽省重点实验室开放课题资助项目。

引用本文

杨之青, 詹继杨, 齐贤斌, 吴周宇, 李贺龙. 宽增益CLLLC谐振变换器变频移相混合调制及其高效同步整流方法[J]. 电工技术学报, 2026, 41(12): 4131-4145. Yang Zhiqing, Zhan Jiyang, Qi Xianbin, Wu Zhouyu, Li Helong. Wide-Gain-Range CLLLC Resonant Converter with Hybrid Modulation of Pulse-Frequency-Phase-Shift and Efficient Synchronous Rectification Method. Transactions of China Electrotechnical Society, 2026, 41(12): 4131-4145.