一种用于CLLC双向隔离型DC-DC变换器的调制方法技术

本发明专利技术公开了一种用于CLLC双向隔离型DC‑DC变换器的调制方法，包括：在CLLC双向隔离型DC‑DC变换器电路轻载降压工作时采用移相调制；(2)当电路工作在轻载低增益状态时，采用移相调制，其余情况采用变频调制；(3)根据电路参数，在充电变频、充电移相、放电变频、放电移相四种工作模式下分别设置四种补偿器，利用这四种补偿器依次实现充电移相到变频、充电变频到移相、放电移相到变频、放电变频到移相的模式软切换。调频模式下，轻载低增益时，由于开关频率高于谐振频率太多，损耗大幅增加，效率降低。此时采用移相调制，开关频率等于谐振频率，有利于减小损耗，提升效率。

A Modulation Method for CLLC Bidirectional Isolated DC-DC Converter

The invention discloses a modulation method for CLLC bidirectional isolation DC DC converter, which includes: phase shift modulation is used when the circuit of CLLC bidirectional isolation DC DC converter works at light load and low gain state; (2) phase shift modulation is used when the circuit works at light load and low gain state, and frequency conversion modulation is used in other cases; (3) charging frequency conversion, charging phase shift and discharging frequency conversion are used according to circuit parameters. Four kinds of compensators are set up in four working modes of discharge phase shifting. The four compensators are used to realize soft switching from charging phase to frequency conversion, charging frequency to phase shifting, discharging phase to frequency conversion and discharging frequency to phase shifting. In FM mode, the switching frequency is much higher than the resonant frequency when the load is light and the gain is low, so the loss increases greatly and the efficiency decreases. In this case, phase shift modulation is adopted, and the switching frequency is equal to the resonant frequency, which is beneficial to reduce the loss and improve the efficiency.

【技术实现步骤摘要】
一种用于CLLC双向隔离型DC-DC变换器的调制方法
本专利技术属于电力电子
，具体涉及用于基于CLLC拓扑的双向隔离型DC-DC变换器的变电压增益的调制方法。
技术介绍
双向隔离型DC-DC变换器是连接储能电池和直流电压母线的重要电力电子装置。近年来，随着电动汽车、混合动力汽车的大规模推广，分布式储能系统、不间断电源的不断发展，双向隔离型DC-DC变换器得到了越来越广泛的运用。同时，行业对其功率密度、效率、电压调节范围也提出了越来越高的要求。CLLC拓扑作为实现双向隔离型DC-DC变换器最为主流的拓扑之一，具有以下优点：它可以在高开关频率下实现零电压开通，具有高功率密度、高效率的特点；它具有很宽的电压调节范围，既可以升压又可降压，可以做到双向工作时增益范围基本相同；它内带变压器，可以利用变压器大幅调整总增益(总增益＝调制增益×变压器增益)范围。一般情况下，CLLC变换器的电压增益采用变频调节，工作点位于谐振点周围。当开关频率大于谐振频率时，调制增益小于1；当开关频率小于谐振频率时，调制增益大于1。然而，当变换器轻载工作时，由于输出侧寄生电容的影响，增益-频率的传递函数改变，导致开关频率大于谐振频率时，调制增益存在极小值点。这一问题在由变压器低压侧向高压侧传输能量时尤其明显，它极大地限制了CLLC变换器的增益调制范围。针对此问题，目前尚无特别有效的解决方案，已有的方案包括使用寄生电容更小的器件、采用相对小变比的变压器、轻载关机、增益限幅等。这些方案均未从根本上解决这一问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种解决CLLC电路变频调制轻载工作时增益极小值问题的调制方法，该方法具有不需改变已有电路结构和参数，增大电压调节范围，轻载效率高等优点。为达到上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：一种用于CLLC双向隔离型DC-DC变换器的调制方法，包括以下步骤：(1)在CLLC双向隔离型DC-DC变换器电路轻载降压工作时采用移相调制：当变换器工作在谐振频率处，每个桥臂上下开关管互补导通，上下管导通占空比相同，交替处设置死区；输入侧两个桥臂开关管的驱动信号在180°相位差的基础上一前一后错开一定相同的相位；输出侧两桥臂开关管驱动信号相位差180°，相角位于输入侧两桥臂相位中点处；(2)当电路工作在轻载低增益状态时，采用移相调制；当非轻载和轻载高增益时，采用变频调制；移相调制和变频调制相结合进行混合调制切换，切换方式采用软切换，两种调制方式的分界处设置迟滞区域；(3)根据电路参数，在充电变频、充电移相、放电变频、放电移相四种工作模式下分别设置四种补偿器，利用这四种补偿器依次实现充电移相到变频、充电变频到移相、放电移相到变频、放电变频到移相的模式软切换。所述的CLLC双向隔离型DC-DC变换器的电路成对称结构，两端分别为高压和低压直流母线，两条直流母线分别对接两个全桥，每个全桥由两组串联的两个开关管并联而成，每组串联开关管中点引出导线连接谐振腔；谐振腔为一个二端口网络，一个端口连接高压侧两桥臂中点，另一个端口连接低压侧两桥臂中点；谐振腔中间是一个变压器，变压器高压侧串联有高压侧电感Lr2和高压侧电容Cr2，最终串接在高压侧端口上；变压器低压侧串联有低压侧电感Lr1和低压侧电容Cr1，最终串接在低压侧端口上。作为本专利技术的进一步改进，变压器T的变比为n，对应参数关系为n2＝Lr1/Lr2＝Cr2/Cr1。作为本专利技术的进一步改进，步骤(2)中，轻载低增益状态是指增益达到极小值或开关频率偏离谐振频率过远，进而影响效率的情况。作为本专利技术的进一步改进，步骤(2)中，移相调制和变频调制具体切换界限是以效率最高原则提前确定或采用最大功率跟踪方式进行控制。作为本专利技术的进一步改进，步骤(2)中，移相到变频的切换方式为：停止移相补偿器的使用，频率固定，相位调整至零，稳定后启动变频补偿器；软切换方式为：将补偿器由移相补偿器切换为变频补偿器，以一次函数的形式缓慢地将移相角从当前值调整至零。作为本专利技术的进一步改进，步骤(3)中，移相到变频的切换方式为：将补偿器由移相补偿器切换为变频补偿器，以一次函数的形式缓慢地将移相角从当前值调整至零；变频到移相的切换方式为：将补偿器由变频补偿器切换为移相补偿器，以一次函数的形式缓慢地将开关频率从当前值调整至谐振频率。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：本专利技术是在轻载降压工作时采用移相调制，当电路工作在轻载低增益状态时，采用移相调制；当非轻载和轻载高增益时，采用变频调制；移相调制和变频调制相结合进行混合调制切换，并在工作模式下分别设置四种补偿器。该方法在不改变原电路硬件参数的情况下解决了CLLC变换器轻载时增益存在极小值的问题，使得变换器在轻载情况下仍然可以达到想要的低增益。调频模式下，轻载低增益时，由于开关频率高于谐振频率太多，损耗大幅增加，效率降低。此时采用移相调制，开关频率等于谐振频率，有利于减小损耗，提升效率。附图说明图1是CLLC双向隔离型DC-DC变换器的电路拓扑；图2是CLLC电路变频调制下的归一化增益曲线；图3是CLLC移向调制的驱动控制时序图；图4是移相调制下的增益和移相角的关系曲线；图5是移相调制下的实验波形图；(a)为开关频率、谐振频率均为500kHz，移相角为60°，输出功率0W时测得的波形；(b)为开关频率、谐振频率均为500kHz，移相角为60°，输出功率350W时测得的波形；图6是混合调制下两种调制方式的切换界线示意图；图7是混合调制的软切换与一般方式实验波形对比图；图8是不同功率下由实验测得的电池充电、放电时的两种调制方式的增益-效率对比图。具体实施方式为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和实施例对本专利技术的具体实施情况做进一步的说明，所述是对本专利技术的解释而不是限定。本专利技术所述的CLLC双向隔离型DC-DC变换器的电路拓扑如图1所示。电路成对称结构，两端分别为高压和低压直流母线，两条直流母线分别对接两个全桥，每个全桥由两组串联的两个开关管并联而成(每个全桥共4个开关管，两个全桥共8个开关管)，每组串联开关管中点(桥臂中点)引出导线连接谐振腔。谐振腔为一个二端口网络，一个端口(高压侧端口)连接高压侧两桥臂中点，另一个端口(低压侧端口)连接低压侧两桥臂中点。谐振腔中间是一个变压器，变压器高压侧串联有高压侧电感Lr2和高压侧电容Cr2，最终串接在高压侧端口上；变压器低压侧串联有低压侧电感Lr1和低压侧电容Cr1，最终串接在低压侧端口上。其中变压器T的变比为n，对应参数关系为n2＝Lr1/Lr2＝Cr2/Cr1。为解决现有技术中CLLC变换器调制增益存在极小值点的问题，本专利技术提供一种解决CLLC电路变频调制轻载工作时增益极小值问题的调制方法，具体包括以下步骤：(1)在电路轻载降压工作时采用移相调制，即变换器工作在谐振频率处，每个桥臂上下开关管互补导通，上下管导通占空比相同，交替处设置死区；输入侧两个桥臂开关管的驱动信号在180°本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于CLLC双向隔离型DC‑DC变换器的调制方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)在CLLC双向隔离型DC‑DC变换器电路轻载降压工作时采用移相调制：当变换器工作在谐振频率处，每个桥臂上下开关管互补导通，上下管导通占空比相同，交替处设置死区；输入侧两个桥臂开关管的驱动信号在180°相位差的基础上一前一后错开一定相同的相位；输出侧两桥臂开关管驱动信号相位差180°，相角位于输入侧两桥臂相位中点处；(2)当电路工作在轻载低增益状态时，采用移相调制；当非轻载和轻载高增益时，采用变频调制；移相调制和变频调制相结合进行混合调制切换，切换方式采用软切换，两种调制方式的分界处设置迟滞区域；(3)根据电路参数，在充电变频、充电移相、放电变频、放电移相四种工作模式下分别设置四种补偿器，利用这四种补偿器依次实现充电移相到变频、充电变频到移相、放电移相到变频、放电变频到移相的模式软切换。

【技术特征摘要】
1.一种用于CLLC双向隔离型DC-DC变换器的调制方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)在CLLC双向隔离型DC-DC变换器电路轻载降压工作时采用移相调制：当变换器工作在谐振频率处，每个桥臂上下开关管互补导通，上下管导通占空比相同，交替处设置死区；输入侧两个桥臂开关管的驱动信号在180°相位差的基础上一前一后错开一定相同的相位；输出侧两桥臂开关管驱动信号相位差180°，相角位于输入侧两桥臂相位中点处；(2)当电路工作在轻载低增益状态时，采用移相调制；当非轻载和轻载高增益时，采用变频调制；移相调制和变频调制相结合进行混合调制切换，切换方式采用软切换，两种调制方式的分界处设置迟滞区域；(3)根据电路参数，在充电变频、充电移相、放电变频、放电移相四种工作模式下分别设置四种补偿器，利用这四种补偿器依次实现充电移相到变频、充电变频到移相、放电移相到变频、放电变频到移相的模式软切换。2.根据权利要求1所述的用于CLLC双向隔离型DC-DC变换器的调制方法，其特征在于：所述的CLLC双向隔离型DC-DC变换器的电路成对称结构，两端分别为高压和低压直流母线，两条直流母线分别对接两个全桥，每个全桥由两组串联的两个开关管并联而成，每组串联开关管中点引出导线连接谐振腔；谐振腔为一个二端口网络，一个端口连接高压侧两桥臂中点，另一个端口连接低压侧两桥臂中点；谐振腔中间是一个变压器，变压器高压侧串联有高压侧电感Lr2和高压侧电容Cr2，最终串接...

【专利技术属性】
技术研发人员：王来利，贾海洋，尉哲元，田莫帆，谢奕婷，杨旭，蒋鹏坤，黄杨涛，王子航，段子越，卢晓辉，秦梦洁，殷绣锦，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61