[发明专利]一种高阶LCLCL直流变换器的控制方法

说明书

本发明提供了一种高阶LCLCL直流变换器的控制方法，包括对所述高阶LCLCL直流变换器进行电路变换，获得等效电路及对应的非线性时变方程；对非线性时变方程引入扩展描述函数得到扩展描述时变方程，通过进行谐波近似获得非线性时变方程的稳态工作点方程；对所述稳态工作点方程加入扰动得到小信号稳态工作点方程；再线性化所述小信号稳态工作点方程，得到谐波方程；由谐波方程建立状态空间模型，并进一步得到小信号模型。针对小信号模型设计补偿器，从而实现对所述变换器的补偿控制。

技术领域

本发明属于直流功率变换器技术领域，具体涉及一种高阶LCLCL直流变换器的控制方法。

背景技术

在DC/DC功率变换器领域，电源的功率密度和效率是评价其性能优劣的两项重要指标，提高变换器的开关频率可以提高开关电源的效率，但是由于开关频率的上升导致开关损耗大幅增加，其效率也会随着频率的提升大幅降低，因此，高频化的DC/DC功率变换器多采用LC谐振的方式来实现软开关的工作状态，从而消除开关损耗，提高功率变换器的工作效率。目前LLC高频谐振变换器的应用十分广泛，但其效率尚未达到最优的水平，在高频频率的敏感性相对较差，影响了其对输入电压和负载电阻波动的调整能力，因此仍存在一定的改进空间。

发明内容

为克服现有技术中的问题，本发明提供了一种高阶LCLCL直流变换器的控制方法，具体包括以下步骤：

(1)针对所述高阶LCLCL直流变换器的代表直流量的大信号以及代表交流量的小信号建立等效电路模型；

(2)建立所述小信号等效电路模型所对应的非线性时变方程，并基于扩展描述函数法对非线性时变方程中的非线性部分进行近似描述，得到无扰动的直流变换器系统方程；

(3)计算所述无扰动的直流变换器系统方程的稳态工作点；

(4)对所述无扰动的直流变换器系统加入扰动分量，得到高阶LCLCL直流变换器的小信号模型；

(5)将高阶LCLCL直流变换器的运行参数代入所述小信号模型中，得到小信号模型的传递函数；建立高阶LCLCL直流变换器的状态空间方程；

(6)对所述小信号模型的传递函数分解因式，得到多个零点与极点，去除高频零点和极点以及相近的零点和极点，保留剩余的零点和极点作为基准零点和基准极点；由所述基准零点和基准极点绘制小信号模型传递函数的伯德图；基于所述伯德图并结合四极点四零点方法设计补偿器，对高阶LCLCL直流变换器的控制进行补偿。

进一步地，所述等效电路模型包括开关管S₁、开关管S₂、谐振电容C_r、谐振电感L_r、变压器T、带阻滤波电感L_s、带阻滤波电容C_s、二极管D₁、二极管D₂和输出电容C_f，

带阻滤波电感L_s和带阻滤波电容C_s相并联形成带阻滤波器；

开关管S₁的漏极连接电源V_in的正极，开关管S₁的源极连接开关管S₂的漏极，开关管S₂的源极连接电源V_in的负极；谐振电容C_r、谐振电感L_r、变压器T的原边和带阻滤波器依次串联在开关管S₂的漏极与源极之间；