一种LCC谐振变换器PWM移相混合控制及效率优化方法技术

本发明专利技术公开了一种LCC谐振变换器PWM移相混合控制及效率优化方法，该方法包括以下步骤：对变换器的输出电压进行采样，与参考值做差后作为电压调节器的输入，得到输出c；对变换器的谐振电流进采样，经过优化算法得到两个系数k

【技术实现步骤摘要】
一种LCC谐振变换器PWM移相混合控制及效率优化方法
本专利技术涉及电力电子
，具体涉及一种LCC谐振变换器PWM移相混合控制及效率优化方法。
技术介绍
高频化是现代电力电子技术的发展趋势之一，实现高频化可以提高系统功率密度，减小装置的重量和体积。传统PWM开关变换器都工作在强迫开通和关断的硬开关状态，由于电力电子开关器件的非理想特性，通常在电压不为零的时候完成开通或者在电流不为零的时候完成关断，造成开关器件开断损耗较大、发热较大。由于开关损耗和开关频率成正比关系，因此当开关频率提高的时候，开关器件的开断损耗和发热也会增大，甚至烧坏开关器件。另一方面随着开关频率的提高，系统的du/dt和di/dt也会提高，造成严重的电磁干扰。为解决上述问题，最早于上世纪80年代初的软开关技术成为降低损耗提高效率的必要手段。和传统PWM型DC/DC变换器相比谐振变换器易于实现软开关，可以降低损耗，有助于高频化发展。另外，谐振变换器在负载开路或短路的极端情况下具有较好的负载特性，在众多领域中得到广泛应用。LCC串并联谐振变换器兼备串联谐振变换器和并联谐振变换器的优点，具有较好的输出电压调节能力和负载短路保护能力。由于LCC串并联谐振变换器能够利用高频变压器的寄生参数，将其作为谐振回路的一部分，因此适用于高压高频场合。谐振型开关变换器作为软开关(ZVS)的一种，具有工作频率高、损耗小、效率高、体积小等优点。LCC谐振型开关变换器以其兼具能够在全负载范围内实现原边开关管的ZVS开通，整流二极管的ZVS关断的特点和便于磁集成、输入电压范围宽等优势，在高频开关领域获得了广泛的关注和应用。谐振变换器一般采用频率控制或移相控制。频率控制简单可靠、易于实现，对于低阶或高阶谐振变换器具有广泛适用性。其缺点主要表现为：为了调节输出开关频率需要在较大的范围内变化，这样会造成显著的电磁兼容问题，同时增加了滤波器的设计难度。移相控制解决了上述问题，其开关频率恒定，通过调节占空比控制输出电压。通常开关频率高于谐振频率，此时谐振网络呈感性。但移相控制的问题主要在于：当输出功率较小时，需要增加开关频率来保证开关管实现软开关。一般情况下，为了满足软开关条件设定开关频率略大于谐振频率。开关频率继续增加会使谐振回路的功率因数降低，进而导致换流增加，降低了谐振变换器的效率。换言之，传统移相控制无法实现大范围软开关。变换器谐振电流增大会带来更多的导通损耗和更大的器件应力，造成变换器效率降低。传统移相控制下，减小谐振电流和保证ZVS实现是一对矛盾体，即优化导通损耗和开关损耗是无法同时实现的，对其中一个方面进行优化必然会破坏另一个方面的特性。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种LCC谐振变换器PWM移相混合控制及效率优化方法，本专利技术可以提高控制的自由度，在维持指定输出功率不变、保证ZVS实现的前提下，实现谐振电流最小化，提高变换器效率。技术方案：为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种LCC谐振变换器PWM移相混合控制及效率优化方法，包括顺序执行的以下步骤：步骤一、对LCC谐振变换器的输出电压进行采样获得输出电压采样值，将输出电压采样值与参考值做差得到电压差，将得到的电压差作为电压调节器的输入，得到电压调节器的输出指令值c；步骤二、对LCC谐振变换器的谐振电流进行采样，经过优化算法得到两个修正系数k1、k2；步骤三、用修正公式计算获得移相角θ和占空比d这2个指令值；步骤四、将移相角θ和占空比d这2个指令值输入PWM移相混合调制器，得LCC谐振变换器原边四个开关管的驱动信号；上述过程中，所述步骤二中优化算法的计算流程为：步骤(1)设定k1的初始值为0，根据LCC谐振变换器的任意稳态点P0(θ0，d0)以及修正公式得到k2的初始值；步骤(2)同时增大k1、k2的值，判断k1、k2增大后的移相角θ和占空比d是满足更新条件；步骤(3)若满足更新条件则更新k1、k2的值，并得到新的移相角θ和占空比d，并重复步骤(2)，若不满足更新条件则转入步骤(4)；步骤(4)减小k2的值，判断k2减小后的移相角θ和占空比d是否满足更新条件；步骤(5)若不满足条件则结束算法并输出上次更新前的k1、k2的值，若满足条件则更新k2的值，并输出k1、k2的值。进一步的，在本专利技术中，步骤(2)、(4)中所述的满足更新条件具体为同时满足以下3个条件：条件(1)、控制变量θ、d更新后，LCC谐振变换器的标幺化输出功率Pn的波动不超过设定的阈值；条件(2)、LCC谐振变换器的谐振电流的有效值减小；条件(3)、满足软开关ZVS实现条件：φvi＝φ-φAB1≥10°；其中：φvi为LCC谐振变换器原边输出电压VAB和谐振电流ir之间的相位角；φ为LCC谐振变换器等效电路输入阻抗角；φAB1为LCC谐振变换器原边输出电压VAB的基波分量VAB1的相位角。进一步的，在本专利技术中，所述步骤四中PWM移相混合调制器对LCC谐振变换器的调制按照以下4个条件进行：条件(1)、LCC谐振变换器的原边超前桥臂上开关管S1和原边超前桥臂下开关管S2互补导通，原边滞后桥臂上开关管S3和原边滞后桥臂下开关管S4互补导通；条件(2)、原边超前桥臂上开关管S1的占空比恒定，为50％；条件(3)、三角载波幅值为1，频率为2倍开关频率；三角载波在第k个开关周期从2θ[k]/π开始计数，其中θ[k]为第k个开关周期的移相角，k为任意整数；条件(4)、原边滞后桥臂下开关管S4驱动信号在第k个周期初始阶段为低电平，在第一个三角载波上升沿中当载波等于d[k]时翻转成高电平，在随后的三角载波下降沿中当三角载波等于d[k]时翻转为低电平，d[k]为占空比指令值。进一步的，在本专利技术中，更新条件涉及的条件(1)中，LCC谐振变换器的标幺化输出功率Pn的计算公式为：进一步的，在本专利技术中，所述条件(3)中，LCC谐振变换器等效输入阻抗角φ及VAB1的相位角φAB1的计算公式为：其中：A＝Cp/Cs为谐振电容比值；Cs、Cp分别为串、并联谐振电容；ωs为开关角频率；ωn为标幺化开关频率；α为副边整流关断角；Ir_rms为谐振电流有效值；Vo为输出电压。有益效果：(1)采用PWM移相混合控制，具有两个控制量，提高了控制的自由度，使变换器的控制自由度增强。(2)采用优化算法计算得到调节系数，在维持指定输出功率不变并保证ZVS实现的前提下，通过调节系数改变控制量的组合来使谐振电流达到最小，提高变换器效率。附图说明图1是本专利技术用于LCC谐振变换器的PWM移相混合控制原理图；图2是本专利技术提出的混合控制效率优化方法原理图；图3是本专利技术方法的控制系统框图；图4是本专利技术用于计算调节系数k1、k2的优化算法流程图；图5是本专利技术用于LCC谐振变换器的数字PWM移相混合调制器原理图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作更进一步的说明。本专利技术提出一种LCC谐振变换器PWM移相混合控制及效率优化方法，其控制系统框图如图3所示。主要步骤包括：(1)对LCC谐振变换器的输出电压进行采样，与参考值做差并作为电压调节器的输入，得到输出c；(2)对LCC谐振变换器的谐振电流进采样，经过优化算法得到两个修正系数k1、k2；(3)用k1、k2对电压调节本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种LCC谐振变换器PWM移相混合控制及效率优化方法，其特征在于：包括顺序执行的以下步骤：步骤一、对LCC谐振变换器的输出电压进行采样获得输出电压采样值，将输出电压采样值与参考值做差得到电压差，将得到的电压差作为电压调节器的输入，得到电压调节器的输出指令值c；步骤二、对LCC谐振变换器的谐振电流进行采样，经过优化算法得到两个修正系数k

【技术特征摘要】
1.一种LCC谐振变换器PWM移相混合控制及效率优化方法，其特征在于：包括顺序执行的以下步骤：步骤一、对LCC谐振变换器的输出电压进行采样获得输出电压采样值，将输出电压采样值与参考值做差得到电压差，将得到的电压差作为电压调节器的输入，得到电压调节器的输出指令值c；步骤二、对LCC谐振变换器的谐振电流进行采样，经过优化算法得到两个修正系数k1、k2；步骤三、用修正公式计算获得移相角θ和占空比d这2个指令值；步骤四、将移相角θ和占空比d这2个指令值输入PWM移相混合调制器，得LCC谐振变换器原边四个开关管的驱动信号；上述过程中，所述步骤二中优化算法的计算流程为：步骤(1)、设定k1的初始值为0，根据LCC谐振变换器的任意稳态点P0(θ0，d0)以及修正公式得到k2的初始值；步骤(2)、同时增大k1、k2的值，判断k1、k2增大后的移相角θ和占空比d是满足更新条件；步骤(3)、若满足更新条件则更新k1、k2的值，并得到新的移相角θ和占空比d，并重复步骤(2)，若不满足更新条件则转入步骤(4)；步骤(4)、减小k2的值，判断k2减小后的移相角θ和占空比d是否满足更新条件；步骤(5)、若不满足条件则结束算法并输出上次更新前的k1、k2的值，若满足条件则更新k2的值，并输出k1、k2的值。2.如权利要求1所述一种LCC谐振变换器PWM移相混合控制及效率优化方法，其特征在于：所述步骤(2)、(4)中的满足更新条件具体为同时满足以下3个条件：条件(1)、控制变量θ、d更新后，LCC谐振变换器的标幺化输出功率Pn的波动不超过设定的阈值；条件(2)、LCC谐振变换器的谐振电流的有效值减小；条件(3)、满足软开关ZVS实现条件：φvi＝φ-φAB1≥10°；其中：φvi为LCC谐振变换器原边输出电压VAB和谐振电流ir之间的相位角；φ为LCC谐振变换器等效电路输入阻抗角；φAB1为LCC谐振变换器原边输出电压VAB的基波分量VAB1的相位角。3.如权利要求1或2所述一种LCC谐振变换器PWM移相混合控制及效率优化...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵剑锋，仲宙宇，高铁峰，张云龙，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32