[发明专利]一种三电平LLC变换器及其控制方法

说明书

本发明公开了一种三电平LLC变换器及其控制方法，所述三电平LLC变换器包含四个直流输入滤波电容，四个开关器件，一个钳位电容，两个滤波器，两个变压器，两个二极管以及一个输出稳压电容；所述控制方法包含输出电压分数阶控制调节以及驱动信号产生环节。所述三电平LLC变换器拓扑开关应力小，为直流母线电压的一半，开关损耗小，提高系统效率，最后所述三电平LLC变换器能够实现电路输入电容电压自平衡，无需增加大量电压传感器和复杂电压均衡控制算法，其系统控制结构简单，具备优良的抗扰性，稳态和动态性能，具有工程应用价值。

技术领域

本发明涉及变换器技术领域，特别是涉及一种三电平LLC变换器及其控制方法。

背景技术

随着电力电子行业的快速发展，使得LLC变换器广泛地被应用，如军用电源，电动汽车充电桩，新能源发电系统，不间断供电和智能电网等。LLC变换器可以实现软开关技术，进而消除开关损耗，降低电磁干扰，提高电能的转换效率，实现系统高效率和高功率密度。然而，传统LLC变换器及其控制方法的电压调节对负载条件有很大的依赖性，从而导致传统LLC变换器输出电压范围受限，为了解决该问题，王浩宇等人在IEEE Transaction onPower Electronics发表的论文A PWM LLC Type Resonant Converter Adapted to WideOutput Range in PEV Charging Applications中提出了一种基于PWM的LLC变换器，与传统的LLC拓扑相比，该拓扑优化了磁元件的设计，实现了与负载条件无关的宽的电压增益范围。然而该方案为两电平LLC变换器，相比较于三电平LLC变换器，两电平LLC变换器具有波形质量低，所需滤波器电感较大，开关器件电压应力大等问题。针对于此问题，山东大学王广柱教授在电工技术学报上刊出的论文“具有宽范围输出电压的三电平半桥LLC谐振变换器控制策略”有效地实现的三电平输出，且实现全程软开关和宽范围输出电压控制。虽然该控制方案和拓扑的波形质量得到了改善，开关器件两端电压应力减小，具有宽的输出电压范围。但忽略了三电平LLC变换器中存在电容电压不均衡问题，同时未考虑不同负载情况下的系统稳态和动态性能。为了解决该问题，通常需要增加大量电压传感器，同时需要复杂电压均衡控制算法，增加硬件成本和变换器体积。为此，亟需一种不增加电压传感器，也无需杂电压均衡控制算法同时具备不同负载情况下良好稳态和动态性能的三电平LLC变换器。

发明内容

本发明为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种三电平LLC变换器及其控制方法，其具有开关应力小，开关损耗小，系统效率高等优点，且无需增加大量电压传感器和复杂电压均衡控制算法的情况下能够实现电路电容自平衡，具备优良的抗扰性，稳态和动态性能。

本发明采用的具体技术方案是：

一种三电平LLC变换器，包括开关单元、变压器及输出整流单元，所述的开关单元借助变压器与输出整流单元电连接，所述的开关单元形成为变换器的输入端并连接电源V_in，所述的输出整流单元形成为变换器输出端V_o，所述的开关单元包括开关器件S1、S2、S3及S4，

所述的开关器件S1、S2、S3及S4的开闭侧串联连接在电源V_in的正负极之间；

所述的电开关单元并联有电容回路，所述的电容回路包括沿电源V_in的正极到负极之间依次串联的电容C1、C2、C3及C4；

所述的变压器包括第一变压器及第二变压器；

所述的开关器件S1与开关器件S2的串联点借助电感L1与第一变压器的原边正极连接，所述的第一变压器的原边负极与电容回路的电容C1与电容C2的串联点电连接；

所述的开关器件S3与开关器件S4的串联点借助电感L2与第二变压器的原边正极连接，所述的第二变压器的原边负极与电容回路的电容C3与电容C4的串联点电连接；