LLC諧振變換器的時(shí)域分析模型及其限流控制策略.pdf

1、高效率高功率密度 DC-DC變換器是電動(dòng)汽車充電機(jī)、光伏系統(tǒng)直流變換器、數(shù)據(jù)中心直流供電系統(tǒng)等電能變換裝置中的重要組成部分。LLC諧振變換拓?fù)淇蓪?shí)現(xiàn)在高開關(guān)頻率下全負(fù)載范圍內(nèi)原邊開關(guān)管的零電壓開通、副邊整流管的零電流關(guān)斷，因而是隔離型DC-DC變換器的理想拓?fù)?。但LLC電路的多諧振和非線性特性，增加了電路精確建模和特性分析的難度，也給電路的運(yùn)行控制和性能優(yōu)化帶來不小的挑戰(zhàn)。
　　在電路啟動(dòng)和突加負(fù)載的沖擊負(fù)荷工況、輸出過載和短路工

2、況下，LLC電路均存在原邊諧振回路電流過沖的問題，可能導(dǎo)致開關(guān)器件損壞或誤觸發(fā)原邊過流保護(hù)。常用的開環(huán)調(diào)頻或調(diào)占空比限流策略，諧振電流波形控制效果較差，在過載工況下輸出電壓和諧振電流波動(dòng)較大，且缺乏簡便的限流參數(shù)設(shè)計(jì)方法。閉環(huán)限流策略可以實(shí)現(xiàn)靈活的限流特性，但需要增加諧振電流或輸出電流采樣，成本較高。
　　本文主要針對 LLC電路的動(dòng)態(tài)過程的建模分析、開環(huán)和閉環(huán)限流控制技術(shù)進(jìn)行研究。首先，文章分析了LLC電路的基本工作模態(tài)和不同開

3、關(guān)頻率、負(fù)載條件下的工作模式，并推導(dǎo)了不同工作模態(tài)的狀態(tài)方程描述和不同工作模式的狀態(tài)平面軌跡特性?；跔顟B(tài)平面分析方法，文章提出了電路動(dòng)態(tài)過程中的工作模態(tài)過渡判據(jù)，并求解了不同工作模式下的各個(gè)模態(tài)持續(xù)時(shí)間，推導(dǎo)了半個(gè)開關(guān)周期內(nèi)的輸出電壓增量和諧振電流峰值等狀態(tài)量表達(dá)式，最終利用模態(tài)的迭代運(yùn)算建立了LLC電路的時(shí)域分析模型。該時(shí)域模型相比于電路仿真可節(jié)省大量時(shí)間，同時(shí)又能保證足夠的計(jì)算精度，可用于分析LLC電路軟啟動(dòng)、突加負(fù)載等工況下的關(guān)

4、鍵電路狀態(tài)量的動(dòng)態(tài)變化過程。
　　針對 LLC電路開環(huán)限流方法中的起始頻率和調(diào)頻時(shí)間常數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)的問題，文章分析了電路啟動(dòng)時(shí)刻的諧振電流過沖值和收斂值與起始開關(guān)頻率的關(guān)系，配合初始驅(qū)動(dòng)脈沖寬度優(yōu)化方法，使得啟動(dòng)時(shí)刻的諧振電流快速無過沖地進(jìn)入收斂狀態(tài)，降低了起始開關(guān)頻率的要求。對于諧振電流限流值設(shè)置較低的情況，采用分裂諧振電容結(jié)構(gòu)的LLC電路拓?fù)?，減少了初始過渡脈沖個(gè)數(shù)和脈寬的設(shè)計(jì)難度?；贚LC電路的時(shí)域分析模型，文章計(jì)算出了開

5、環(huán)限流軟啟動(dòng)過程中的諧振電流最大值，結(jié)合迭代優(yōu)化算法，獲得了最優(yōu)的調(diào)頻時(shí)間常數(shù)參數(shù)，可滿足諧振電流限流值要求，同時(shí)保證輸出電壓響應(yīng)盡可能快。
　　針對 LLC電路閉環(huán)限流方法需要額外的電流采樣的問題，文章分析了考慮勵(lì)磁電流影響下的諧振電流峰值、輸出電壓和開關(guān)頻率三者之間的關(guān)系式，進(jìn)而提出了基于輸出電壓實(shí)時(shí)限制開關(guān)頻率的無電流采樣的閉環(huán)限流控制策略，使得在軟啟動(dòng)、突加負(fù)載過程以及過載工況下的諧振電流峰值均被控制在恒定限流值處，實(shí)現(xiàn)了