一种两级式宽增益直流变换器的协调控制方法技术

本发明专利技术公开了一种两级式宽增益直流变换器的协调控制方法，包括如下步骤：S1、建立前后级变换器各部分的简化模型；S2、建立前后级变换器各关键部分的电流数学模型；根据前级Boost变换器流入电容C的电流波形图和后级LLC谐振变换器流出电容C的电流波形图，并结合前级Boost变换器和后级LLC谐振变换器的参数，得到前后级变换器流入、流出电容C的电流数学表达式；S3、建立直流链路电容的电流数学模型；S4、求出最佳协同控制角。本发明专利技术在不影响前后级变换器各自的运行状态和功能的条件下，有效降低直流母线电容的均方根纹波电流，改善直流母线电容的工作条件。母线电容的工作条件。母线电容的工作条件。

【技术实现步骤摘要】
一种两级式宽增益直流变换器的协调控制方法


[0001]本专利技术涉及电力电子直流变换器
，尤其涉及一种两级式宽增益直流变换器的协调控制方法。

技术介绍

[0002]随着新能源技术的发展和广泛应用，单级式功率变换器已经逐渐不能满足新能源系统对于宽增益和高效率的要求，两级式级联功率转换器使用场合不断增加。在两级式变换系统中，由一个体积大、质量重且价格昂贵的直流母线电容器来链接前级与后级变换器，用来对前级变换器的输出电压进行滤波，进而使后级变换器得到一个稳定的直流输入。同时，吸收与其相连的每个变换器的所有电流纹波以及平衡两级变换器的瞬时功率差。为了达到良好的滤波效果，通常选取电容值较高的电解电容器。然而，电解电容器长期工作在高纹波条件下的会使工作条件劣化，造成电容器寿命衰减，进而影响变换器的整体工作状态。因此，减小两级式变换器直流母线电容的纹波，对其工作条件进行优化，提高其寿命，是保证变换器可靠运行及制造紧凑型低成本变换器系统的一种有效措施。
[0003]现有的解决方案大致可分为两种，一是选用寿命长、容量大、质量高的直流电容器以提高变换器的可靠性，但是这会增加经济投入、降低功率密度，不利于变换器的小型化发展；二是通过电路结构的调整来减小电容的纹波电流，但是这会增加额外的电路元件，增加电路的复杂性。针对现有的支流链路电容工作条件差、使用寿命短、可靠性低等问题，本专利技术提出的一种两级式宽增益直流变换器的协调控制方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术提出的一种两级式宽增益直流变换器的协调控制方法，在不影响前后级变换器各自的运行状态和功能的条件下，改善直流母线电容的工作条件。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：
[0006]一种两级式宽增益直流变换器的协调控制方法，其用的拓扑结构为两级式变换系统，采用Boost级联LLC谐振变换器，包括直流输入源V
in
、前级Boost变换器、直流链路电容器C
m
、后级LLC谐振变换器、滤波电容C
o
和负载电阻R
o
，所述前级Boost变换器包括稳压电容C
in
、储能电感L、MOS开关管Q、二极管D，所述后级LLC谐振变换器包括第一MOS开关管Q1、第二MOS开关管Q2、第三MOS开关管Q3、第四MOS开关管Q4、谐振电容C
r
、谐振电感L
r
、励磁电感L
m
、变压器T、第一整流二极管D1、第二整流二极管D2、第三整流二极管D3、第四整流二极管D4；其协调控制方法包括如下步骤：
[0007]S1、建立前后级变换器各部分的简化模型；
[0008]建立后级LLC谐振变换器的简化模型，采用基波近似法分析LLC谐振变换器在基波下的稳态响应，忽略了幅值较小的高次谐波分量，建立了稳态下的FHA等效电路模型；
[0009]S2、建立前后级变换器各关键部分的电流数学模型；
[0010]根据前级Boost变换器流入电容C的电流波形图和后级LLC谐振变换器流出电容C
的电流波形图，并结合前级Boost变换器和后级LLC谐振变换器的参数，得到前后级变换器流入、流出电容C的电流数学表达式；
[0011]S3、建立直流链路电容的电流数学模型；
[0012]根据基尔霍夫电流定律得到支流链路电容电流的数学表达式，并进一步求出电容电流RMS数学表达式；
[0013]S4、求出最佳协同控制角；
[0014]对α求导，求出其最小RMS值时所对应的最适合的协同控制角的度数，并应用于所对应电路，使电路的RMS纹波值最小，优化其电容器的工作条件，提高变换器的可靠性和寿命。
[0015]与现有的技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0016]本专利技术通过控制前后级变换器驱动信号的相移角，改变电容电流波形，解决支流链路电容工作条件差、使用寿命短、可靠性低等问题。相比其他解决方案，此方案不改变变换器的工作状态，不需要增加额外的采样和控制装置，可以有效减小电容的纹波电流，进而减小电容损耗，提高变换器效率和使用寿命。
[0017]本专利技术在不影响前后级变换器各自的运行状态和功能的条件下，有效降低直流母线电容的均方根纹波电流，改善直流母线电容的工作条件；可以提高电容器的转换效率；可以减小电容电流的峰峰值和纹波，减小电容的体积，提高功率密度。
附图说明
[0018]图1为Boost
‑
LLC谐振变换器电路拓扑图。
[0019]图2为Boost
‑
LLC谐振变换器的关键点电流波形图。
[0020]图3为协同控制角为0
°
时的电容电流波形图。
[0021]图4为协同控制角为α
°
时的电容电流波形图。
[0022]图5为LLC谐振变换器的交流等效电路图。
[0023]图6为Boost变换器的关键电流波形图。
[0024]图7为LLC谐振变换器的关键电流波形图。
[0025]图8为本专利技术协调控制示意图。
具体实施方式
[0026]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0027]在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。
[0028]本专利技术提出的一种两级式宽增益直流变换器的协调控制方法，电路拓扑结构如图1所示，整个变换器可以划分成三个部分，即Boost变换器部分、支流链路电容部分、LLC谐振变换器部分。由图2可知，Boost变换器的二极管电流和前级开关管Q的驱动信号相位耦合，LLC变换器的输入电流与后级开关管Q1的驱动信号相位耦合。对两个控制信号进行协调控
制，将Boost变换器的频率设置为LLC变换器的2倍，此时，前后级电流变为同频。改变前后级之间驱动信号的相位差，进而改变前级二极管电流和后级LLC输入电流之间的相位。由于流入直流母线电容的电流为前级二极管电流与后级LLC输入电流的合成，所以其相对相位的改变必然会使电容电流的波形发生变换。由图3、图4中可以看出，通过改变协同控制角α的度数，电容电流的波形会发生显著变化，进而改变电容电流的有效值。通过计算可以得到最佳的协同控制角度数，此时对应的电容电流有效值最小。
[0029]本专利技术提出的一种两级式宽增益直流变换器的协调控制方法，其用的拓扑结构为两级式变换系统，采用Boost级联LLC谐振变换器，包括直流输入源V
in
、前级Boost变换器、直流链路电容器C
m
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种两级式宽增益直流变换器的协调控制方法，其用的拓扑结构为两级式变换系统，采用Boost级联LLC谐振变换器，包括直流输入源V
in
、前级Boost变换器、直流链路电容器C
m
、后级LLC谐振变换器、滤波电容C
o
和负载电阻R
o
，所述前级Boost变换器包括稳压电容C
in
、储能电感L、MOS开关管Q、二极管D，所述后级LLC谐振变换器包括第一MOS开关管Q1、第二MOS开关管Q2、第三MOS开关管Q3、第四MOS开关管Q4、谐振电容C
r
、谐振电感L
r
、励磁电感L
m
、变压器T、第一整流二极管D1、第二整流二极管D2、第三整流二极管D3、第四整流二极管D4；其特征在于,其...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤雨，江兴振，史哲，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：