[发明专利]电荷控制LLC谐振变换器的拓扑结构及其负载前馈方法

说明书

本发明公开了一种电荷控制LLC谐振变换器的拓扑结构及其负载前馈方法，包括：直流输入电路，开关桥臂，谐振腔，变压器和整流负载电路；所述直流输入电路通过开关桥臂和谐振腔相连接，所述谐振腔通过变压器连接到整流负载电路；负载前馈方法根据电荷控制LLC谐振变换器得到负载电流前馈系数；对负载电流前馈系数进行线性化近似处理；得到预测负载功率，以得到负载功率的预测前馈控制量期望值；把所述负载功率的预测前馈控制量期望值加入LLC谐振变换器的电压外环输出中，使LLC谐振变换器输入的功率随负载功率快速调节，以保证整个系统输入功率与输出功率的动态平衡。本发明的优点是：提高在加、切负载时输出电压的控制效果，以提升变换器的动态性能。

技术领域

本发明涉及谐振变换器负载前馈技术领域，特别涉及一种电荷控制LLC谐振变换器的拓扑结构及其负载前馈方法。

背景技术

谐振变换器是指利用电路中电感和电容等谐振元件在发生谐振时电流和电压周期性过零的特性，使得开关器件可以实现零电压(ZVS)或零电流(ZCS)开关，即软开关，使开关电源趋于高频化和小型化，所以在高频开关电源场合得到了广泛应用。常用的DC-DC谐振变换器工作原理为，直流输入电压经过开关桥臂后产生方波电压，加在谐振腔两端，使谐振回路产生谐振，谐振腔输出的谐振电压或谐振电流经过整流滤波后转变为直流提供给负载，从而实现DC-DC变换。

目前在主流的谐振变换器中，所谓的LLC谐振变换器得到了广泛应用。在大多数应用中，LLC谐振变换器一般采用单电压环控制策略(也称直接变频控制)。由于LLC谐振变换器具有高阶、强非线性的特点，其小信号模型在不同工况下变化显著，为了满足稳定性要求，单电压控制回路通常按最坏工况设计，导致带宽低，动态性能差。近年来，为了提高LLC谐振变换器的动态性能，人们提出了多种控制方法。其中，LLC谐振变换器的电荷控制策略被广泛应用。其通过将电荷信息作为内环控制量，把LLC谐振变换器系统简化为一阶系统，使其动态响应得到显著改善。虽然LLC变换器采用电荷控制方法后拥有很好的动态性能，但是在大范围进行加、切负载时仍然有改进的空间。

负载电流前馈控制作为前馈控制方法的一种，主要用于提高变换器应对负载突变时的动态性能。在目前已有前馈技术中，大多在带宽较低的控制方法基础上加上前馈控制；

如现有技术一：文献M.S.Amouzandeh,B.Mahdavikhah,A.Prodic andB.McDonald,Auto-tuned minimum-deviation digital controller for LLC resonantconverters,2015IEEE Energy Conversion Congress and Exposit ion(ECCE),2015,pp.1723-1728,doi:10.1109/ECCE.2015.7309903.在单电压控制回路中加入前馈控制；试图增加动态响应。一旦检测到瞬态，控制器采用两步变频策略。第一步以最快的速度反转负载变化对输出电容电流的影响，第二步是设定与新稳态相对应的频率。

现有技术一在单电压控制回路中添加了前馈控制，虽然动态响应可以得到改善，但对输出电压的采样要求很高。

现有技术二：文献D.Cittanti,M.Gregorio,E.Armando and R.Bojoi,DigitalMulti-Loop Control of an LLC Resonant Converter for Electric Vehicle DC FastCharging,2020IEEE Energy Conversion Congress and E xposition(ECCE),2020,pp.4423-4430,doi:10.1109/ECCE44975.2020.9236177.在平均电流双环控制回路中添加了前馈控制，其基于使用扩展描述函数方法(EDF)得到的小信号模型，给出了其在谐振频率附近的频率和负载的简化动态关系，利用查表法快速改变负载跳变时的频率。