[发明专利]LLC谐振变换器的控制方法

说明书

本发明提供一种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。

技术领域

本发明涉及电力电子领域，具体地涉及一种LLC谐振变换器的控制方法。

背景技术

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。