一种CLLLC型双向DC-DC变换器变频控制方法技术

一种CLLLC型双向DC‑DC变换器变频控制方法是将给定电压与实际输出电压的差值作为调理电路的输入，调理电路的输出作为补偿控制器的输入，补偿器的输出作为压控振荡器的输入，压控振荡器的输出作为开关管的输入，压控振荡器将误差电压信号转化为频率信号，再将频率信号转化为相对应的驱动波形，驱动开关管。本方法解决了采用开环控制和传统移相控制方法时，CLLLC型双向DC‑DC变换器在受到电压或负载扰动时，不能保持输出电压稳定的问题，本方法使系统能够在较宽的频率范围内工作，具有较高的稳态控制精度，较好的动态响应速度，进一步提高了功率传输效率。

A frequency conversion control method for CLLLC bidirectional DC-DC converter

A variable frequency control method for CLLLC bidirectional DC DC converter is to use the difference between the given voltage and the actual output voltage as the input of the conditioning circuit, the output of the conditioning circuit as the input of the compensation controller, the output of the compensator as the input of the voltage controlled oscillator, the output of the voltage controlled oscillator as the input of the switch tube, and the pressure controlled vibration. The oscillator converts the error voltage signal into the frequency signal, and then converts the frequency signal to the corresponding driving waveform to drive the switch tube. This method solves the problem that the CLLLC bidirectional DC DC converter can not keep the output voltage stable when the voltage or load disturbance is disturbed by the open loop control and the traditional phase shift control. This method enables the system to work in a wide frequency range, with a high stability control precision and a better dynamic response speed. The power transmission efficiency is further improved.

【技术实现步骤摘要】
一种CLLLC型双向DC-DC变换器变频控制方法
本专利技术涉及一种双向DC-DC变换器的控制方法，特别是一种CLLLC型双向DC-DC变换器的变频控制方法。
技术介绍
近年来，世界各国提出将发展可再生能源作为发展战略，双向DC-DC变换器作为能量转换的关键环节受到了越来越广泛的研究。常用的双向DC-DC变换器的控制方法有开环控制和移相控制等，采用开环控制方法简单，易于实现，如公开文献1，陈启超，纪延超，王建赜.双向CLLLC谐振型直流变压器的分析与设计[J].中国电机工程报,2014,18:2898-2905.采用开环控制方法，但当负载发生突变时，不能维持输出电压的稳定性；大多数公开文献采用移相控制方法，该方法动态性能好，易于控制，如公开号为：CN106357115A公开了一种《双向全桥DC-DC变换器的移相控制方法》，该方法通过调节开关管间的移相角来调节占空比，控制变换器的输出电压和输出功率；还有公开号为：CN105207486A公开了《一种双向谐振直流变换器及其控制方法》，当能量由低压侧向高压侧传输时，采用移相控制方法；当能量由高压侧向低压侧传输时，采用变频控制方法；该方法能够实现两侧能量的双向传输与控制，且能在全负载范围内实现软开关，但控制方法更加复杂，不易实现；针对CLLLC型双向DC-DC变化器的软开关特性，采用移相控制方法不能在整个工作范围内实现稳压；公开文献2，陈启超，王建赜，纪延超.双向LLC谐振型直流变压器的软启动及功率换向控制[J].电工技术学报,2014,08:180-186.采用移相控制方法，开关频率工作于谐振频率处，使谐振电流的谐波分量增多，且不能在受到输入电压和负载扰动时保持电压稳定性。
技术实现思路
为了改进上述现有控制方法的不足，本专利技术提供一种CLLLC型双向DC-DC变换器变频控制方法。改进上述现有控制方法不足所采取的技术方案如下。一种CLLLC型双向DC-DC变换器变频控制方法，其特征在于：所述变频控制方法是基于闭环控制系统，所述闭环控制的控制环是由采样电路、调理电路、补偿器及压控振荡器连接构成；所述压控振荡器是将误差电压信号转化为频率信号，再将所述频率信号转化为相对应的驱动波形来驱动开关管，具体变频控制是按下列方法进行的：将额定输出电压与实际测得输出电压的差值作为调理电路的输入；将调理电路的输出作为补偿器的输入；将补偿器的输出作为压控振荡器的输入；将压控振荡器的输出作为驱动电路的输入，从而驱动开关管。进一步地，附加技术特征的方案如下。所述系统的采样电路和调理电路的传递函数为：其中Gs(s)为采样电路的传递函数，Gks(s)为调理电路的传递函数。所述系统的补偿器的传递函数为：其中，R1、R2为补偿器中的电阻，C1、C2为补偿器中的电容。所述系统的压控振荡器的传递函数为：其中，Δf为压控振荡器的输出频率测量范围，ΔU为压控振荡器的输入电压范围。所述闭环控制的控制环传递函数为：其中，Gvω(s)为系统输出电压小扰动量时，输出-控制的传递函数。所述系统输出电压小扰动量为：其中，Gvl(s)、Gvi(s)分别为输出-负载，输出-电流的传递函数。分别为控制变量、输入电压、输出电流的小扰动量。实施本专利技术上述所提供的一种CLLLC型双向DC-DC变换器变频控制方法，与现有技术相比，具有如下的优点与积极效果。本方法通过LLC谐振，可实现软开关，具有较高的稳定控制精度和较高的传输效率。本方法弥补了传统移相控制和开环控制不能调节电压的缺陷，能够在较宽的频率范围内工作，具有很好的调节性能，极大的提高了系统的动态精度。附图说明图1是本方法的控制框图。图2是本方法的系统图。图3是本方法中压控振荡器的V-f曲线。图4是本方法的开环传递函数Bode图。图5是本方法的闭环补偿后传递函数Bode图。图6是本方法的开环实验波形。图7是本方法的稳态实验波形。图8是本方法的动态实验波形。具体实施方式附图1为本专利技术所提出的CLLLC型双向DC-DC变换器变频控制方法，下面以一台CLLLC型DC-DC变换器为平台来设计和验证本算法的有效性和可行性，系统参数：U1=700V，U2=400V，fs=20kHz，P=10kW，L1=35uH，L2=11.4uH，Lm=665uH，C1=7.24uF，C2=22.17uF。附图2为系统图，U1为高压侧直流电源，U2为低压侧直流电源，将功率从左向右传输命为正向，功率从右往左传输命为反向，S1-S8为IGBT开关管，正向传输时，S1-S4构成全桥逆变电路，S5-S8构成全桥整流电路，L1、L2为谐振电感，分别包含高频变压器原边和副边的漏感，Lm是高频变压器的励磁电感，C1、C2是谐振电容，其中电路结构对称，即L2、C2等效到变压器一次侧后与L1、C1数值相等，即L1=n2L2，C1=C2/n2，该设计保证电路无论正向还是反向都可以实现LLC谐振，不需要另加缓冲电路，正向时，L1、Lm和C1构成谐振单元；反向时，L2、C2和等效到变压器二次侧的Lm构成谐振单元。根据主电路的拓扑结构进行小信号建模，得到输入变量和输出变量的关系：VCO是压控振荡器，是控制的核心装置，可以将误差电压信号转化为频率信号，再将频率信号转化为相对应的驱动波形，从而驱动开关管。附图3为压控振荡器V-f曲线，在输入电压范围内，二者是线性关系，计算出传递函数。附图4为开环传递函数的Bode图，得到直流稳态幅值小于零，约为-20dB，频率带宽比较窄，这表明变换器在开环工作时稳态值较低，直流输出增益达不到理论值，动态响应速度较慢，从频律特性曲线可以看出，在整个频率区间上均大于-180°，变换器最小开关频率工作在满载状态时，系统性能较差。根据采样调理电路的电路结构，计算出传递函数，信号调理电路滤除采样电压电流信号的高频噪声分量，并对电压电流信号的直流分量进行适当比例的调节。根据传递函数与采样调理电路、压控振荡器的关系，得到系统补偿前传递函数：，对其进行赋值，并采用零极点消去法，得到补偿电路中包含PI调节器，对传递函数进行环路补偿，提高其稳态幅值和动态响应速度，使系统稳定，得到补偿电路的传递函数对补偿前的传递函数进行相位补偿，得到补偿后的传递函数，对其进行赋值，得到传递函数为：经过上述设计后，变频控制系统的频率特性如附图5所示，直流稳态幅值、穿越频率及频率带宽相较于补偿前成倍数增大，但在穿越频率点的相位裕度均减小，不过仍然大于45°，这使得变换器的直流输出增益更加接近理论值，动态响应速度更快，提高了系统的动态响应速度。实验从稳态、动态两个方面验证所提出控制方法的准确性，实验波形如附图6、附图7和附图8所示。附图6为本方法的开环实验波形，验证了变换器发生了谐振，驱动信号Ugs1到来之前，开关管S1两端电压Uce已经降为零，实现ZVS。附图7为本方法的稳态实验波形，验证了该控制方法使系统有较高的稳态控制精度，在高压侧输入电压为700V时，进行该实验，附图7中可以看出驱动电压Ugs1产生时，低压侧输出电压U2为400V，谐振电流iL1近似为正弦波。附图8为本方法的动态实验波形，验证了该控制方法使系统具有快速的动态响应精度，当负载由空载变为满载时，系统能在三个周期内完成输出电压U2、谐振电流iL1的稳定。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种CLLLC型双向DC‑DC变换器变频控制方法，其特征在于：所述变频控制方法是基于闭环控制系统，所述闭环控制的控制环是由采样电路、调理电路、补偿器及压控振荡器连接构成；所述压控振荡器是将误差电压信号转化为频率信号，再将所述频率信号转化为相对应的驱动波形来驱动开关管，具体变频控制是按下列方法进行的：将额定输出电压与实际测得输出电压的差值作为调理电路的输入；将调理电路的输出作为补偿器的输入；将补偿器的输出作为压控振荡器的输入；将压控振荡器的输出作为驱动电路的输入，从而驱动开关管。

【技术特征摘要】
1.一种CLLLC型双向DC-DC变换器变频控制方法，其特征在于：所述变频控制方法是基于闭环控制系统，所述闭环控制的控制环是由采样电路、调理电路、补偿器及压控振荡器连接构成；所述压控振荡器是将误差电压信号转化为频率信号，再将所述频率信号转化为相对应的驱动波形来驱动开关管，具体变频控制是按下列方法进行的：将额定输出电压与实际测得输出电压的差值作为调理电路的输入；将调理电路的输出作为补偿器的输入；将补偿器的输出作为压控振荡器的输入；将压控振荡器的输出作为驱动电路的输入，从而驱动开关管。2.如权利要求1所述的CLLLC型双向DC-DC变换器变频控制方法，其特征在于：所述系统的采样电路和调理电路的传递函数为：其中Gs(s)为采样电路的传递函数，Gks(s)为调理电路的传递函数。3.如权利要求1所述的CLLLC型双向DC...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑丽君，宋建成，王悦妹，田慕琴，许春雨，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西,14