[发明专利]一种用于LCC谐振DC‑DC变换器的混合控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于LCC谐振DC-DC变换器的不对称混合控制方法，属于谐振功率变换器技术。

背景技术

LCC谐振变换器作为一种谐振型DC/DC变换器，广泛应用在高压直流电源、分布式电源、电动汽车快速充电以及未来电网中的大容量储能系统等领域。其中，谐振变化器是是发电系统与电能存储元件之间的纽带，是储能系统的核心部分。为了进一步提高功率密度、缩减成本和体积以适应上述应用领域，谐振变换器转换效率的提升成为研究热点之一。

这些应用中通常加入变压器以满足升压和隔离的需要，同时也不可避免地在电路中引入变压器的寄生参数。串并联谐振变换器能消除变压器寄生参数的影响，利用电感、电容的自然谐振实现软开关，降低器件的开关损耗。作为一种三元件谐振型变换器，串并联谐振变换器拥有比其他二元件谐振变换器如串联谐振变换器、并联谐振变换器更好的负载调节能力和开路、短路适应性。

LCC谐振变换器的控制是通过对逆变器门极驱动信号的控制实现的，其控制方式分为三类：定频控制，变频控制，最优控制。变频的工作方式可以拥有较大的输出范围，但其也有很多缺点，例如使噪音的频谱增加，增加了控制电磁干扰的难度，同时使电压滤波更复杂并降低了磁感应器件利用率。而工作频率提高使功率因数下降并产生环流降低工作效率。最优控制具有良好的鲁棒性，当稳态运行点发生变化时，控制器仍然有良好的响应速度。其缺点是需要测量系统所有的状态变量，性能效果依赖于对被控系统的准确建模，同时其结构也过于复杂。在实际工程应用中，采用较多的是定频控制，在确定系统输入输出范围的前提下，通过建立稳态运行模型，忽略高频分量的影响近似的带线性化的状态方程，最终确定以移相角或占空比为控制量的开环或闭环控制器。尽管定频控制有很多优点，但是从实现软开关的角度，该控制方法为了保证谐振变换器能在较大范围内实现软开关，必须使谐振变换器运行在较高的开关频率下，损耗较大。

中国专利CN201310301554.0提出了一种LLC谐振变换器轻负载控制方法及装置。该方法通过判断负载进行选择控制方法，轻载时进行定频脉宽控制；非轻载时进行变频控制，可以解决零电压的环境丧失问题。但是其没有实现完全的定频控制，并且相对来说定频频率比较高，损耗较大。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种用于LCC谐振DC-DC变换器的不对称混合控制方法，在保证输出功率范围的同时，可以在更大的范围实现开关管ZVS控制并且保持较低的开关频率，提高了效率。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种用于LCC谐振DC-DC变换器的混合控制方法，通过采集变换器的输入电压V_i、输出电压V_o和输出电流i_o获得反馈信号：当变换器的目标输出电压小于额定输出电压V_oN的一半时，变换器采用定频移相控制模式进行控制；否则，变换器采用定频不对称电压控制模式进行控制；其中，额定输出电压V_oN取决于LCC谐振DC-DC变换器的输入电压V_i和负载情况。采用定频不对称电压控制模式虽然可以保证以较低的频率实现零电压开关，但是该控制模式下的输出电压范围有限，不能输出对应实时条件下额定输出电压的一半及以下；当需要输出电压在对应实时条件下额定输出电压的一半及以上时，切换到定频移相控制模式，定频移相控制模式实现零电压开关没有定频不对称电压控制模式宽松，但是输出电压范围较大。

优选的，所述变换器的输入电压V_i通过电压传感器采集获得，负载情况根据变换器的输出电压V_o和输出电流i_o计算获得，额定输出电压V_oN根据主电路参数、输入电压、负载情况和开关频率计算获得，其中，K为变压器变比，θ为一个开关周期内副边整流桥的导通角，H(s)为开关管桥臂到输出之间的传递函数。

优选的，所述定频移相控制模式和定频不对称电压控制模式中，采用的开关频率根据初始负载情况和主电路参数计算获得，并相对计算值保留设计裕量，设计裕量需确保定频不对称电压控制模式在任意控制角情况下均能实现开关管的零电压开关。通过理论分析可知，在固定负载情况和输入电压的情况下，定频移相控制模式在任意情况下都对应着一个最低开关频率以保证开关管能实现零电压开关；因此选取其中最大的开关频率，并保持一定裕量，可以保证在定频不对称电压控制模式下的任意控制角，开关管均能实现零电压开关。