LLC谐振变换器高性能控制方法及系统技术方案

本公开提供了一种LLC谐振变换器高性能控制方法及系统，所述方法包括以下步骤：获取LLC谐振变换器的运行状态数据；利用LLC谐振变换器的输出电压，根据预设非奇异终端滑模控制器得到开关频率控制量；脉冲频率调制模块利用开关频率控制量产生LLC谐振变换器原边开关管的驱动信号，通过驱动信号对开关频率的调节，控制输出电压对电压给定值的追踪；本公开实现了直流输出电压的高抗扰快速跟踪控制，保障了系统安全高效运行。

【技术实现步骤摘要】
LLC谐振变换器高性能控制方法及系统
本公开涉及高性能功率变换系统先进控制
，特别涉及一种LLC谐振变换器高性能控制方法及系统。
技术介绍
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的
技术介绍
，并不必然构成现有技术。LLC谐振变换器因其具有功率密度高、抗电磁干扰能力强、可实现全负载范围内软开关的优势，已逐渐成为DC-DC级的主流拓扑，被广泛应用于电动汽车充电桩、车载充电器、动力电池测试设备等系统中。本公开专利技术人发现，虽然LLC谐振变换器稳态性能优异，但作为一个强耦合、非线性时变的复杂系统，其控制器设计难度陡增；目前工程应用中常采用的比例积分(PI)控制方法，参数整定困难，且抗干扰性能和动态响应性能不强。
技术实现思路
为了解决现有技术的不足，本公开提供了一种LLC谐振变换器高性能控制方法及系统，实现了直流输出电压的高抗扰快速跟踪控制，保障了系统安全高效运行。为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：本公开第一方面提供了一种LLC谐振变换器高性能控制方法。一种LLC谐振变换器高性能控制方法，包括以下步骤：获取LLC谐振变换器的运行状态数据；利用LLC谐振变换器的输出电压，根据预设非奇异终端滑模(NFSTM)控制器得到开关频率控制量；脉冲频率调制模块利用开关频率控制量产生LLC谐振变换器原边开关管的驱动信号，通过驱动信号对开关频率的调节，控制输出电压对电压给定值的追踪。本公开第二方面提供了一种LLC谐振变换器高性能控制系统。<br>一种LLC谐振变换器高性能控制系统，包括：数据获取模块，被配置为：获取LLC谐振变换器的运行状态数据；滑模控制模块，被配置为：利用LLC谐振变换器的输出电压，根据预设非奇异终端滑模控制器得到开关频率控制量；追踪控制模块，被配置为：脉冲频率调制模块利用开关频率控制量产生LLC谐振变换器原边开关管的驱动信号，通过驱动信号对开关频率的调节，控制输出电压对电压给定值的追踪。与现有技术相比，本公开的有益效果是：1、本公所述的方法及系统，根据变换器输出电压测量值及给定值，进行变换器的非奇异快速终端滑模控制，控制器输出值作为PWM驱动信号开关频率，原理简单，易于实现。2、本公所述的方法及系统，可以有效提高LLC谐振变换器的动态响应，并且能够提高系统的鲁棒性和抗扰性。3、本公所述的方法及系统，可以对输出电压实现高抗扰、小超调的跟踪控制，特别适合于电动汽车充电、动力电池充放电测试等领域。本公开附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本公开的实践了解到。附图说明构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。图1为本公开实施例1提供的LLC谐振DC-DC变换器主电路拓扑图。图2为本公开实施例1提供的LLC谐振DC-DC变换器直流增益曲线。图3为本公开实施例1提供的LLC谐振变换器高性能控制方法的控制框图。图4为本公开实施例1提供的输出电压给定值突变时的输出直流电压波形。图5为本公开实施例1提供的负载电阻突变时的输出直流电压波形。具体实施方式下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。实施例1：本公开实施例1提供了一种LLC谐振变换器高性能控制方法，包括以下步骤：获取LLC谐振变换器的运行状态数据；利用LLC谐振变换器的输出电压，根据预设非奇异终端滑模控制器得到开关频率控制量；脉冲频率调制模块利用开关频率控制量产生LLC谐振变换器原边开关管的驱动信号，通过驱动信号对开关频率的调节，控制输出电压对电压给定值的追踪。具体的，包括以下内容：LLC谐振变换器的结构框图如图1所示，其中S1～S4为原边开关管，Lr为谐振电感，Cr为谐振电容，Lm为励磁电感，DR1～DR4为整流二极管，Co为输出电容，RL为负载。直流增益图如图2所示，增益关系如公式(1)所示：其中，vo为输出电压，vAB为谐振腔的输入电压，为品质因数，为等效负载电阻，为归一化开关频率，为谐振频率，fs为开关频率，为总初级侧电感与谐振电感之比。LLC谐振变换器是一个高阶非线性的系统，共有七阶，本实施例首先将LLC谐振变换器在谐振点作线性化简化，得到二阶小信号模型，然后基于上述模型设计非奇异快速终端滑模控制器。二阶小信号模型公式如下：其中，定义系统输入变量为开关频率，选取给定输出电压与实际输出电压的误差为状态变量。其中，vo是电源变换器的实际输出电压；Vref是系统输出电压给定值，为常量。变换器实际输出电压vo和变换器开关频率fs表达式分别如下所示：其中，Fs是谐振点的开关频率，令Fs＝fr，Vo是谐振点的输出电压，谐振点电压增益M＝Vo/Vin＝1，故Vo＝Vin，是输出电压小信号变化量，是开关频率小信号变化量。对LLC谐振变换器的二阶小信号数学模型进行拉普拉斯反变换，联立公式(2)-(4)，可得到输出电压小信号变化量的二阶导数与开关频率小信号变化量的时域关系式如下：微分方程表示下的系统动态模型表示为：选取非奇异快速终端滑模面：其中，k，c，λ均为大于0的常数，ε大于等于0，β大于等于1，p和q是互质的奇数，且p/q大于1。闭环系统的Lyapunov函数设计为V＝s2/2，根据李雅普诺夫的稳定性理论，当公式(8)成立时，系统将满足滑模的到达条件。将非奇异快速终端滑模面代入上述公式，可以得到：设计控制器为：其中，η和α为大于0的常数。将设计的控制器再带入到公式(9)中可得：由此可知，设计的非奇异快速终端滑模控制器可以满足滑模到达条件。确保系统快速进入滑模表面，使系统输出电压可以快速跟踪输出电压给定值，并具有很好的抗扰性。基于LLC谐振变换器的非奇异快速终端滑模系统控制架构如图3所示。为了进一步验证本实施例所提控制方法的性能，在Matlab/Simulink中搭建了系统仿真模型，进本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种LLC谐振变换器高性能控制方法，其特征在于：包括以下步骤：/n获取LLC谐振变换器的运行状态数据；/n利用LLC谐振变换器的输出电压，根据预设非奇异终端滑模控制器得到开关频率控制量；/n脉冲频率调制模块利用开关频率控制量产生LLC谐振变换器原边开关管的驱动信号，通过驱动信号对开关频率的调节，控制输出电压对电压给定值的追踪。/n

【技术特征摘要】
1.一种LLC谐振变换器高性能控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
获取LLC谐振变换器的运行状态数据；
利用LLC谐振变换器的输出电压，根据预设非奇异终端滑模控制器得到开关频率控制量；
脉冲频率调制模块利用开关频率控制量产生LLC谐振变换器原边开关管的驱动信号，通过驱动信号对开关频率的调节，控制输出电压对电压给定值的追踪。


2.如权利要求1所述的LLC谐振变换器高性能控制方法，其特征在于：
对LLC谐振变换器的二阶小信号数学模型进行拉普拉斯反变换，结合开关频率、给定输出电压与实际输出电压的误差、变换器实际输出电压表达式以及变换器开关频率表达式，得到输出电压小信号变化量的二阶导数与开关频率小信号变化量的时域关系式。


3.如权利要求2所述的LLC谐振变换器高性能控制方法，其特征在于：
变换器实际输出电压为谐振点的输出电压与输出电压小信号变化量的加和，变换器开关频率为谐振点的开关频率与开关频率小信号变化量的加和。


4.如权利要求1所述的LLC谐振变换器高性能控制方法，其特征在于：
针对LLC谐振变换器，设计非奇异快速终端滑模面，为线性滑模面与非奇异终端滑模面的线性组合，选取非奇异快速终端滑模面进行非奇异终端滑模控制器的构建。


5.如权利要求4所述的LLC谐振变换器高性能控制方法，其特征在于：
非奇异快速终端滑模面，包括：



其中，k，c，λ均为大于0的常数，ε大于等于0，β大于等于1，p和q是...

【专利技术属性】
技术研发人员：段彬，苏祺钧，张承慧，杨东江，白浩，宋金秋，付程，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37