一种双向CLLC谐振变换器的同步整流方法技术

本发明专利技术公开了一种双向CLLC谐振变换器的同步整流方法，采用定移相角变频控制与最大效率点跟踪方法相结合的控制方法，找到了加入移相控制后整流桥同步整流信号开通时刻与逆变桥中开关管驱动信号的关系，可以在全工作频率范围内保证整流桥开关管开通时刻的准确性，通过最大效率点跟踪控制的方式自动寻找最优占空比D

【技术实现步骤摘要】
一种双向CLLC谐振变换器的同步整流方法


[0001]本专利技术涉及双向DC
‑
DC变换器
，具体为一种双向CLLC 谐振变换器的同步整流方法。

技术介绍

[0002]在双碳目标的背景下，光伏、风电等新能源大量接入电网，新能 源发电在减少碳排放的同时，也给电网带来了各种不稳定的因素。储 能单元由于其既可作为负载又可作为电源的双重特性，在电网的调压 调频中扮演着重要角色。双向DC
‑
DC变换器是连接储能单元和直流 微电网之间的桥梁，双向DC
‑
DC变换器的性能直接决定了储能技术 的发展。
[0003]近年来，在众多的双向DC
‑
DC变换器中，双向CLLC谐振变换 器由于其具有良好的软开关特性和宽电压输出范围的优点引发了广 泛关注。双向CLLC谐振变换器由逆变桥、整流桥、高频变压器、谐 振腔四部分组成。高开关频率下的逆变桥和整流桥通常采用功率 MOSFET或SiC MOSFET作为功率半导体开关，整流桥工作时，在 电流不是非常高的情况下，MOSFET反并联体二极管的导通压降要 大于MOSFET的通态压降，因此如果利用MOSFET的反并联体二极 管进行整流，就会造成很大的通态损耗，不利于变换器工作效率的提 高。如果使整流侧的MOSFET工作在同步整流状态，就可以解决这 一问题，进一步提高变换器的效率。因此，实现双向CLLC谐振变换 器精准的同步整流控制具有重要的研究意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种应用于双向CLLC谐振变换器的同步 整流控制方法。此方法克服了传统硬件检测电路会带来附加损耗的问 题，也避免了精准时域建模计算同步整流信号时参数鲁棒性差的缺 点，简化了控制过程，提高了变换器的运行效率。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种双向CLLC谐 振变换器的同步整流方法，包括如下步骤：
[0006]步骤1，在电压控制环路中得到电路的开关频率f
s
；采样低压侧 整流器的输出电压V
o
，将实测值V
o
与给定值V
oref
做差，再经过电压控 制器输出电压控制量V
control
，电压控制采用PI控制器，其中电压控制 量V
control
经压控振荡器后产生电路的工作开关频率f
s
；
[0007]步骤2，根据工作开关频率f
s
和公式(1)判断电路的工作状态， 根据开关频率f
s
将电路运行状态分为远谐振频率欠谐振状态记为 State1、谐振频率附近状态记为State2和远谐振频率过谐振状态记为 State3，三种运行状态频率范围为：
[0008]f
min
≤f
s
＜0.95f
r
，State1
[0009]0.95f
r
≤f
s
≤1.05f
r
，State2
[0010]1.05f
r
＜f
s
≤f
max
，State3
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0011]其中公式(1)中，f
min
为开关频率范围内的最小开关频率，f
max
为开关频率范围内的最大开关频率。
[0012]步骤3，选取移相角电路采用定移相角变频控制方式运行； 移相角的选取范
围如公式(2)所示，其中 t
dead
＝100ns；
[0013]当f
s
＜f
r
[0014]当f
s
＞f
r
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0015]步骤4，根据移相角和公式(3)计算移相产生的占空比D
basis
； D
basis
的计算公式为：
[0016]当
[0017]当
[0018]步骤5，低压侧整流器同步整流控制软起动运行，开关S＝1；具 体过程如下：占空比从0开始在每个开关周期内以步长ΔD
softstart
增加 到D
softstart_final
，其中D
softstart_final
根据公式(4)求取，ΔD
softstart
根据公 式(5)求取；T
softstart
为同步整流软起动时间，此处取T
softstart
＝50ms， D
softstart_final
为t＝T
softstart
时开关管Q5至开关管Q8的占空比：
[0019][0020]D
softstart_final
＝D
basis
，State2或State3
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0021]记T
step
为控制器计算步长，以时钟频率为150MHz的控制器为例， 取T
step
＝16.667ns，软起动步长ΔD
softstart
的计算公式为：
[0022][0023]步骤6，当D＝D
softstart_final
时，同步整流软起动结束，此时开关 S＝2，开始对低压侧整流器进行最大效率点跟踪控制；
[0024]步骤7，根据占空比D获得开关管Q5至开关管Q8的开关信号 V
gs5
至V
gs8
；低压侧开关管Q5、开关管Q8的导通时刻t
on
为高压侧开 关管Q3的下降沿；低压侧开关管Q6、开关管Q7的导通时刻t
on
为高 压侧开关管Q4的下降沿。
[0025]优选的，所述步骤6的具体步骤如下：具体过程如下:
[0026]步骤6.1，根据公式(6)计算电路的工作效率η：
[0027][0028]公式(6)中，U
o
和I
o
分别为输出侧直流电压和直流电流，U
in
和 I
in
分别为输入侧直流电压和直流电流。
[0029]步骤6.2，谐振变换器工作在State1和State3时，占空比D如公 式(7)所示:
[0030]D＝D
last
+ΔD
MEPT
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0031]公式(7)中ΔD
MEPT
为最大效率点跟踪控制中占空比的变化步长， D
last
为上一开关
周期的同步整流占空比，D
last
的初始值为D
softstart_final
； 如果执行公式(7)后工作效率η增本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双向CLLC谐振变换器的同步整流方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，在电压控制环路中得到电路的开关频率f
s
；采样低压侧整流器的输出电压V
o
，将实测值V
o
与给定值V
oref
做差，再经过电压控制器输出电压控制量V
control
，电压控制采用PI控制器，其中电压控制量V
control
经压控振荡器后产生电路的工作开关频率f
s
；步骤2，根据工作开关频率f
s
和公式(1)判断电路的工作状态，根据开关频率f
s
将电路运行状态分为远谐振频率欠谐振状态记为State1、谐振频率附近状态记为State2和远谐振频率过谐振状态记为State3，三种运行状态频率范围为：f
min
≤f
s
＜0.95f
r
，State10.95f
r
≤f
s
≤1.05f
r
，State21.05f
r
＜f
s
≤f
max
，State3
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)其中公式(1)中，f
min
为开关频率范围内的最小开关频率，f
max
为开关频率范围内的最大开关频率；步骤3，选取移相角电路采用定移相角变频控制方式运行；移相角的选取范围如公式(2)所示，其中t
dead
＝100ns；当f
s
＜f
r
步骤4，根据移相角和公式(3)计算移相产生的占空比D
basis
；D
basis
的计算公式为：当当步骤5，低压侧整流器同步整流控制软起动运行，开关S＝1；具体过程如下：占空比从0开始在每个开关周期内以步长ΔD
softstart
增加到D
softstart_final
，其中D
softstart_final
根据公式(4)求取，ΔD
softstart
根据公式(5)求取；T
softstart
为同步整流软起动时间，此处取T
softstart
＝50ms，D
softstart_final
为t＝T
softs...

【专利技术属性】
技术研发人员：任碧莹，高子伟，孙向东，陈桂涛，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：