LLC谐振变换器的控制方法技术

本发明专利技术提供一种LLC谐振变换器的控制方法，其中副边调制波为在每个周期内具有固定电压和幅值调节电压的方波；并且根据副边调制波的调制频率调节幅值调节电压，以使得副边桥式电路的开关器件选择性地与原边桥式电路的各个开关器件同步开通和/或同步关断。通过调整副边脉冲的对齐方式，可以对各种工况下的电路增益进行微调，保证能量正反向流动下电路增益不发生较大变化。LLC谐振变换器稳定运行后可固定运行于最优开关频率处，避免大范围调频引起的高频变压器饱和，进而引起过流问题。

【技术实现步骤摘要】
LLC谐振变换器的控制方法
本专利技术涉及电力电子领域，具体地涉及一种LLC谐振变换器的控制方法。
技术介绍
近年来，高频化电力电子技术不断发展，可再生能源、电动汽车、电力牵引等领域的新型电力变换技术的研究得到了广泛的关注。在电网领域，交直流混合输配电网、直流输配电网、直流微电网、电力电子变压器、能源路由器等新概念不断被提出，在以上众多研究热点和应用场合中，均需要能量双向流动的DC/DC变换器作为不同电压等级直流母线间的接口。同时，为了保证直流变换器的高效率和高功率密度，还要求DC/DC变换器具备一定的软开关能力且工作频率尽可能高，并同时兼备电气隔离能力。基于上述需求，LLC型谐振变换器作为一种高效隔离型软开关DC/DC变换器，在直流变换场合具有极高的应用潜力和价值。既有的双向控制方法为：方法一：当能量正向流动时，原边桥式电路发方波动作，副边封锁；当能量反向流动时，副边桥式电路发方波动作，原边封锁。通过选择合适增益点，采用开环定频发方波模式。在这种定频开环模式下的正向和反向运行增益差异较大。即，LLC双向谐振变换器的正向运行和反向运行模式不一致，LLC双向谐振变换器正向运行模式下为LLC谐振，反向运行模式为LC谐振，两者的增益曲线不一致，很难兼顾正反向运行模式下的增益一致，这就造成两种模式稳态运行的输出电压不一致，无法保证输出电压维持恒定值。同时，功率流方向的变化会反馈在输出侧直流电压，即容易引起输出电压异常波动甚至导致过压故障，无法实现工况切换下输出电压平稳，还可能影响变换器的可靠性和使用寿命。为此，现有技术通过合理设置模式切换的直流电压门槛，引入了滞环控制，这导致一方面小功率下功率流方向变化直流电压不明显，另一方面直流电压上下限滞环的控制方式必然引起输出电压不断的阶跃变化，最终稳态约束在滞环范围以内，无法适应快速的功率流方向切换需求。此外，该方法虽能实现能量双向流动，但需检测能量流方向，能量流方向检测不准确或频繁变化，易引起输出电压异常波动，无法实现工况切换下的平稳运行；频繁的变换需要来回触发原边和副边的变换器脉冲，影响变换器的可靠性和使用寿命。方法二：根据输出电压与目标值差值，经模拟或数字控制器(例如PI控制器、模糊控制器等)调节输出目标频率，通过调节变换器的运行频率，调整整体电路的增益，稳定输出电压和实现功率潮流控制。但过大范围的调频易引起高频变压器饱和，影响谐振变换器的正常运行。高频变压器自身的额定运行频率在设计LLC参数时确定，偏离额定频率较多，引起变压器铁芯饱和，电流磁场曲线发生变化，改变变压器正常稳态运行工作点，引起磁路饱和，会引起消磁导致励磁电感急剧下降，出现过电流尖峰导致过流，严重时引起偏磁，影响LLC谐振变换器的正常运行。方法三：采用双有源全桥DAB(Dual-Active-Bridge，DAB)控制方法调节两侧变换器的发出方波的移相角(包括单移相、双重移相及三重移相等)，动态调节输出电压和传输的功率。方法三例如为采用LLC谐振变换器两侧H桥的移相控制，在功率流方向变化时，自动调节两侧的移相角，实现功率潮流的双向控制，但该方法中由于开关器件在电流最大值处关断，产生较大损耗，不利于LLC谐振变换器整体效率提高，增大散热器设计难度；输入输出电压幅值不匹配时，变换器功率环流和电流应力大大增加，进而增大功率器件、磁性元件的损耗，降低变换器效率。双重移相和三重移相可一定程度上优化，但无法保证全负载范围内实现软开关，且由于增加了控制变量，控制算法复杂，电路的换流模态众多，难以保证闭环控制的动态性能，不便于工程化实现。
技术实现思路
针对以上问题，本专利技术提出了一种不涉及能量流方向的检测、对传感器的精度以及工况切换的频次无制约，能量的正反向流动和实现自动切换的LLC谐振变换器的控制方法。本专利技术涉及一种LLC谐振变换器的控制方法，所述LLC谐振变换器包括具有原边和副边的变压器、连接至所述变压器的原边的原边桥式电路和LLC谐振电路、以及连接至所述变压器的副边的副边桥式电路；所述控制方法包括：以原边调制波和副边调制波对同样的三角载波进行调制，以获得原边脉冲驱动信号和副边脉冲驱动信号，其中：所述原边调制波具有固定电压，且使得由所述原边脉冲驱动信号驱动的所述原边桥式电路的各个开关器件实现零电压开通/关断；所述副边调制波为在每个周期内具有所述固定电压和幅值调节电压的方波；并且：根据所述副边调制波的调制频率fx调节所述幅值调节电压，以使得所述副边桥式电路的开关器件选择性地与所述原边桥式电路的各个开关器件同步开通和/或同步关断。优选地，通过仅改变所述调制频率，能够使得由所述副边脉冲驱动信号驱动的所述副边桥式电路的各个开关器件具有最小关断电流。优选地，通过采集所述LLC谐振变换器的实际直流输出电压并相对于目标直流输出电压进行闭环调节，调节所述调制频率。优选地，调节所述调制频率包括下述步骤：预先生成并存储多个开关频率与多个预设调制频率的映射集，所述映射集的映射关系为：当所述原边脉冲驱动信号具有所述多个开关频率中的任意一个开关频率时，相应一个预设调制频率使得所述副边桥式电路的各个开关器件具有最小关断电流；通过查询所述映射集，获取与所述原边桥式电路的各个开关器件的当前开关频率对应的预设调制频率；通过所述闭环调节，生成调制频率微调量；将所述相应一个预设调制频率与所述调制频率微调量叠加，以作为所述调制频率。优选地，所述幅值调节电压与所述调制频率的关系为：其中：us21为幅值调节电压，fx为调制频率，udg为所述三角载波的电压幅值；fsw为所述原边桥式电路的各个开关器件的开关频率；Tdmin为所述副边桥式电路的各个开关器件的开关保护时间。优选地，通过将所述三角载波的电压值与所述固定电压和所述幅值调节电压进行比较，将所述副边调制波的电压值在所述固定电压和所述幅值调节电压之间切换；其中当所述三角载波处于下降沿、且所述三角载波的电压值降低至小于所述幅值调节电压时，所述副边调制波的电压从所述固定电压切换至所述幅值调节电压；当所述三角载波处于上升沿、且所述三角载波的电压值升高至大于所述固定电压时，所述副边调制波的电压从所述幅值调节电压切换至所述固定电压。优选地，所述LLC谐振变换器能够选择性地运行在正向运行模式或负向运行模式；在所述正向运行模式中，所述变压器的原边向所述变压器的副边传输功率；在所述负向运行模式中，所述变压器的副边向所述变压器的原边传输功率。本专利技术具有如下优点：本专利技术专利基于同步整流控制思想在LLC谐振变换器双向控制中的应用，一方面通过在线动态调整的设置参数，实现副边桥式电路的脉冲边沿跟随(同步开通、同步动作、同步关断)原边桥式电路，进而实现两侧脉冲的同步控制；该方法不需要检测直流输出侧的能量流大小及方向，实现能量双向流动通路，空载及工况切换下均能保证输出电压平稳；由于不涉及频繁触发两侧脉冲，简化变换器整体的运行控制模式，提高变换器整体的可靠性和可用性；双向控制模式下的增益变化很小，各种工况下均能够维持输出电压处于较小本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种LLC谐振变换器的控制方法，所述LLC谐振变换器包括具有原边和副边的变压器、连接至所述变压器的原边的原边桥式电路和LLC谐振电路、以及连接至所述变压器的副边的副边桥式电路；/n所述控制方法包括：以原边调制波和副边调制波对同样的三角载波进行调制，以获得原边脉冲驱动信号和副边脉冲驱动信号，其中：/n所述原边调制波具有固定电压，且使得由所述原边脉冲驱动信号驱动的所述原边桥式电路的各个开关器件实现零电压开通/关断；/n所述副边调制波为在每个周期内具有所述固定电压和幅值调节电压的方波；并且：/n根据所述副边调制波的调制频率f

【技术特征摘要】
1.一种LLC谐振变换器的控制方法，所述LLC谐振变换器包括具有原边和副边的变压器、连接至所述变压器的原边的原边桥式电路和LLC谐振电路、以及连接至所述变压器的副边的副边桥式电路；
所述控制方法包括：以原边调制波和副边调制波对同样的三角载波进行调制，以获得原边脉冲驱动信号和副边脉冲驱动信号，其中：
所述原边调制波具有固定电压，且使得由所述原边脉冲驱动信号驱动的所述原边桥式电路的各个开关器件实现零电压开通/关断；
所述副边调制波为在每个周期内具有所述固定电压和幅值调节电压的方波；并且：
根据所述副边调制波的调制频率fx调节所述幅值调节电压，以使得所述副边桥式电路的开关器件选择性地与所述原边桥式电路的各个开关器件同步开通和/或同步关断。


2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：
通过仅改变所述调制频率，能够使得由所述副边脉冲驱动信号驱动的所述副边桥式电路的各个开关器件具有最小关断电流。


3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：
通过采集所述LLC谐振变换器的实际直流输出电压并相对于目标直流输出电压进行闭环调节，调节所述调制频率。


4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于：
调节所述调制频率包括下述步骤：
预先生成并存储多个开关频率与多个预设调制频率的映射集，所述映射集的映射关系为：当所述原边脉冲驱动信号具有所述多个开关频率中的任意一个开关频率时，相应一个预设调制频率使得所述副边桥式电路的各个开关器件具有...

【专利技术属性】
技术研发人员：尚敬，苏亮亮，张志学，漆宇，陈涛，罗文广，彭赟，黄超，孙璐，王跃，
申请(专利权)人：中车株洲电力机车研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43