Convertitore risonante LLC

In questa pagina RubinoLab.com presenta diverse foto di un prototipo e prove sperimentali di un convertitore DC-DC risonante di tipo bidirezionale da 3kVA, realizzato per attività di ricerca.

Il lavoro è stato commissionato da AIRBUS, una importante azienda europea che opera nel settore aerospaziale e difesa, ed è stato parte della tesi di dottorato di Luigi Rubino, membro di RubinoLAB. Il convertitore è una evoluzione rispetto ai classici convertitori hard- switching a cui abbiamo partecipato nel 2008-2009 per un progetto Europeo chiamato “Moet” More Open Electrical Technologies.

Il convertitore LLC, ha richiesto moltissime ore di lavoro per sviluppare tutti i modelli matematici prima della realizzazione tenendo in conto anche degli effetti parassiti dei componenti. Inoltre tutte le parti difficili da reperire, quali trasformatore, capacità risonante, PCB ad alto spessore in rame, driver per pilotaggio mos fino a frequenze di 300kHz, board di misura e controllo sono stati realizzati nei nostri laboratori e confrontati con i modelli matematici. Il risultato, le misure sono identiche alle simulazioni.

Particolare accuratezza di progettazione è stata rivolta al trasformatore risonante e alle capacità risonanti non reperibili dai distributori di componenti.

Per il trasformatore sono state acquistate solo le parti magnetiche, mentre le spire sono lastre in rame opportunamente lavorate isolate tra loro.

Le capacità risonanti al primario e al secondario sono i componenti più critici nel sistema, poiché devono mantenere stabili il valore anche al variare della temperatura di lavoro. Una minima variazione del valore della capacità varia la frequenza di risonanza del circuito e quindi non avremo più il massimo trasferimento di potenza. Il numero di capacità SMD da parallelizzare è stato scelto tenendo presente il valore di capacità e la corrente di lavoro.

Per valutare la correttezza dei parametri di tutto il circuito è stata realizzata una interfaccia LabView dove è stato possibile caratterizzare il circuito risonante variando le frequenza del circuito.

In figura il prototipo durante le fasi di test.

Nel video possiamo vedere le tipiche misure al variare della frequenza di lavoro.

Articoli scientifici:

1. Complementarity Model for Steady-State Analysis of Resonant LLC Power Converters
2. LLC resonant converters in PV applications comparison of topologies considering the transformer design