单级无桥交错并联Boost-LLCAC-DC变换器混合控制方法技术

本发明专利技术公开一种单级无桥交错并联Boost

【技术实现步骤摘要】
单级无桥交错并联Boost
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LLC AC
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DC变换器混合控制方法


[0001]本专利技术涉及电力电子
，具体为一种单级无桥交错并联Boost
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LLC AC
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DC变换器混合控制方法。

技术介绍

[0002]随着分布式储能、电动汽车充电以及交直流混合微电网的快速发展，AC
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DC变换器已得到广泛应用，大量的电力电子设备的应用使电网谐波污染严重，影响着电力系统的安全性。传统的AC
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DC变换器通常由前级PFC（Power factor correction 功率因数校正）和后级DC
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DC变换器构成。前级主要实现功率因数校正并为后级提供稳定的直流电压，后级可将较高的bus电压转换为特定直流电压以适应不同输入电压场合的需要。但采用两级结构，存在成本较高、体积大、控制复杂等缺点。单级AC
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DC变换器只有一级结构，并只采用一套控制电路，可同时实现输入功率因数校正及输出电压快速调节的目的，具有成本低、体积小、控制简便等优点。
[0003]针对传统两级式AC
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DC变换器，前级PFC的实现可采用两路Boost电路交错并联的方法，可减小输入电流纹波，提高纹波频率，后级通过采用LLC谐振变换器可实现宽负载范围内开关管零电压导通和输出二极管零电流关断的特性，可以有效降低变换器电磁干扰(Electro
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magnetic interference, EMI)与开关损耗，提高系统转换效率，并且能够工作在较高开关频率，以减小无功元件体积，满足高功率密度与小型化要求。通过PFC电路与LLC电流的级联可得到单级型AC
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DC变换器，减少功率开关管的使用数量，节省了变换器的成本，具有高功率因数，高效率，高功率密度，可以实现宽输入电压范围内稳定电压输出。这使得单级型AC
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DC变换器的研究至关重要。
[0004]但传统单相PFC电路的输入侧会产生二倍频功率脉动，需要在输出端并联大电解电容加以消除。而电解电容数量的增加会增大设备体积，减小功率密度；同时温度和电流纹波对电解电容的影响较大，导致电容的寿命与稳定性受影响。为减小输出端电容容值，一般采用功率解耦电路来消除二倍频功率波动，通过增加解耦电路电容的波动来吸收主电路的二倍频功率，但使电路更复杂且损耗更大。有学者提出了复用开关型解耦拓扑，令解耦电路和变换器共用部分开关管，即可减少开关管数量，从而降低损耗，但新增的解耦电路会影响原变流器的控制，使控制更加复杂。
[0005]文献1[Raed Saasaa, Wilson Eberle, Mohammed Agamy.A single
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stage interleaved LLC PFC converter[C]//2016 IEEE Energy ConversionCongress and Exposition (ecce), 2016: 1
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6.]，及文献2[Junhong Yi, Hongbo Ma, Xiaobin Li, et al. A Novel Hybrid PFM/IAPWM ControlStrategy and Optimal Design for Single
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Stage Interleaved Boost
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LLC AC
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DC Converter With Quasi
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Constant Bus Voltage[J]. IEEETransactions on Industrial Electronics, 2021, 68(9): 8116
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8127.]对单级交错并联Boost
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LLC AC
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DC变换器进行了研究，并且文献2实现了该变换器在全球电压输入范围下，高功率因数、高效率、稳定输出电压工作。随着变换器功率等级的提高，整流桥的
损耗在整个功率级损耗中占很大比重，因此采用不带整流桥的无桥PFC拓扑结构对提高系统的整体效率具有重要作用。另一方面，由于整流桥的存在，该变换器并不能用于双向变换器。因此，无桥PFC作为一种高效率的拓扑结构，引起人们的广泛关注。
[0006]文献3[Guangdi Li, Jin Xia, Kun Wang, et al. A Single
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Stage Interleaved Resonant Bridgeless Boost Rectifierwith High
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Frequency Isolation[J]. IEEE Journal of Emerging and Selected Topicsin Power Electronics, 2020, 8(2): 1767
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1781.]提出了单级无桥交错并联Boost
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LLCAC
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DC变换器，如图1所示。该变换器可用于双向变换器，并且通过一级功率电路的变换同时实现了功率因数校正、电气隔离以及软开关。为实现输出电压的稳定控制，文献3针对该变换器提出了PWM（Pulse width modulation 脉冲宽度调制）调制策略，然而，该拓扑存在电流反向流动问题，产生脉动输入功率，由于原副边的功率耦合，导致了输出电压的波动。

技术实现思路

[0007]针对上述问题，本专利技术的目的在于针对单级无桥交错并联Boost
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LLC AC
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DC变换器采用PWM调制策略，存在脉动输入功率，由于原副边的功率耦合，导致了输出电压的较大波动的问题，提供一种单级无桥交错并联Boost
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LLC AC
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DC变换器混合控制方法，通过对变换器的控制策略改进，提出PWM/PFM混合控制策略，可以实现原副边的功率解耦，解决传统PWM控制带来的输出电压波动问题。技术方案如下：单级无桥交错并联Boost
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LLC AC
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DC变换器混合控制方法，所述单级无桥交错并联Boost
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LLC AC
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DC变换器包括依次连接的交错PFC和DC
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DC，所述交错PFC包括一端连接输入电压的Boost电感L1和L2，Boost电感L1的另一端连接于开关管Q1和Q2之间，Boost电感L2的另一端连接于开关管Q3和Q4之间；输入电压一端连接于Boost电感L1和L2，另一端连接于二极管D1和D2之间；二极管D1的负极连接于开关管Q1和Q3之间，二极管D2的正极连接于开关管Q2和Q4之间；bus电容C
bus
连接于二极管D1的负极与极管D2的正极之间，电容C
bus
上的电压为bus电压V
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.单级无桥交错并联Boost
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LLC AC
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DC变换器混合控制方法，所述单级无桥交错并联Boost
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LLC AC
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DC变换器包括依次连接的交错PFC和DC
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DC，所述交错PFC包括一端连接输入电压的Boost电感L1和L2，Boost电感L1的另一端连接于开关管Q1和Q2之间，Boost电感L2的另一端连接于开关管Q3和Q4之间；输入电压一端连接于Boost电感L1和L2，另一端连接于二极管D1和D2之间；二极管D1的负极连接于开关管Q1和Q3之间，二极管D2的正极连接于开关管Q2和Q4之间；bus电容C
bus
连接于二极管D1的负极与极管D2的正极之间，电容C
bus
上的电压为bus电压V
bus
；其特征在于，采用双环控制结构，外环控制中外环电压环通过PFM控制对变换器输出电压进行调节，内环控制通过PWM控制稳定bus电压的大小，并通过非线性载波控制提高变换器的功率因数。2.根据权利要求1所述的单级无桥交错并联Boost
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LLC AC
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DC变换器混合控制方法，其特征在于，所述外环控制包括：先对变换器的输出电压V
o
进行比例采样，经过ADC转换后与设定值V
oref*
进行比较，得到的误差进行比例积分运算，并对运算结果进行限幅得到频率调节信号V
of*
，用于调节变换器的开关频率，经过PFM控制，产生相位差180
o
的两条变频锯齿载波saw1、saw2；所述内环控制包括：对bus电压V
bus

【专利技术属性】
技术研发人员：周步祥，赵崇付，罗欢，臧天磊，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：