基于功率实时估计的DAB-LLC双向变换器及同步整流方法技术

本发明专利技术提供了一种基于功率实时估计的DAB

【技术实现步骤摘要】
基于功率实时估计的DAB
‑
LLC双向变换器及同步整流方法


[0001]本专利技术涉及电子电力
，特别涉及一种基于功率实时估计的DAB
‑
LLC双向变换器及同步整流方法。

技术介绍

[0002]在铁路牵引系统、新能源电动汽车充电系统和能源路由器的应用中，双向LLC变换器可作为固态变压器(DC
‑
DC变压器，或LLC
‑
DCX)在开环控制下实现高转换效率在固定谐振频率下具有50％的占空比。但是，LLC
‑
DCX变换器的功率调节能力下降。为了保持功率调节，可以采用sigma结构。它使用一个辅助DC
‑
DC(D2D)变换器，该变换器在输入端串联连接并在输出端并联(ISOP)。对于双向功率传输应用，双有源桥式变换器(DAB)是一种很成熟的D2D变换器，这样结构称为双向DAB
‑
LLC变换器。通过这种结构，可以解决传统单变换器电压应力和功率流有限的缺点。
[0003]传统的LLC多采用变频或相移来实现控制，而DAB主要采用单相移(SPS)、扩展相移(EPS)和双相移(DPS)。但是，在DCX操作中，主要使用固定频率和固定占空比。因此，LLC
‑
DCX变换器由于其控制简单，得到了广泛的应用，之前的研究大多集中在连续电流模式(CCM)操作下的变换器部分。然而，在轻负载条件下，由于对谐振电容器充电的谐振电流很小，变换器将在断续电流模式(DCM)下运行，而DCM条件和同步整流(SR)控制没有过多的研究。在这种情况下，在整流侧开关导通的一个周期内，电流会出现反向，这会增加环流从而影响效率。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种基于功率实时估计的DAB
‑
LLC双向变换器及同步整流方法，其目的是为了解决在轻负载条件下，由于对谐振电容器充电的谐振电流很小，变换器将在断续电流模式下运行，传统的整流方法在整流侧开关导通的一个周期内，电流会出现反向，增加了环流从而影响变换器效率的问题。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术的实施例提供了一种基于功率实时估计的DAB
‑
LLC双向变换器及同步整流方法，包括：
[0006]步骤1，确定双向变换器副边的输出电压给定V
ref
，采样实际双向变换器副边的输出电压V2，计算双向变换器副边的输出电压给定V
ref
与实际双向变换器副边的输出电压V2的差值；
[0007]步骤2，将差值输入电压控制器，电压控制器输出移相角φ，将移相角φ作为第二变压器原边电压和第二变压器副边电压之间的移相角φ，当移相角φ>0时，双向变换器为正向功率传输，当移相角φ＜0时，双向变换器为反向功率传输；
[0008]步骤3，当双向变换器为正向功率传输时，根据第二变压器原边电压和第二变压器副边电压之间的移相角φ实时估计LLC谐振变换器中的传输功率P
LLC
，判断功率P
LLC
是否大于临界功率P
DCM
，当功率P
LLC
大于临界功率P
DCM
时，LLC谐振变换器工作在电流连续模式，LLC
谐振变换器副边功率开关管驱动信号与LLC谐振变换器原边功率开关管驱动信号相同；
[0009]步骤4，当功率P
LLC
小于临界功率P
DCM
时，LLC谐振变换器工作在电流断续模式，LLC谐振变换器副边功率开关管打开时间等于LLC谐振变换器原边功率开关管打开时间推迟T1时刻，当LLC谐振变换器副边功率开关管导通时间等于导通时间T
c
时，关闭LLC谐振变换器副边功率开关管，得到LLC谐振变换器副边功率开关管驱动信号；
[0010]步骤5，当双向变换器为反向功率传输时，根据第二变压器原边电压和第二变压器副边电压之间的移相角φ实时估计LLC谐振变换器中的传输功率P
LLC
，判断功率P
LLC
是否大于临界功率P
DCM
，当功率P
LLC
大于临界功率P
DCM
时，LLC谐振变换器工作在电流连续模式，LLC谐振变换器原边功率开关管驱动信号与LLC谐振变换器副边功率开关管驱动信号相同；
[0011]步骤6，当功率P
LLC
小于临界功率P
DCM
时，LLC谐振变换器工作在电流断续模式，LLC谐振变换器原边功率开关管打开时间等于LLC谐振变换器副边功率开关管打开时间推迟T1时刻，当LLC谐振变换器原边功率开关管导通时间等于导通时间T
c
时，关闭LLC谐振变换器原边功率开关管，得到LLC谐振变换器原边功率开关管驱动信号。
[0012]其中，所述根据第二变压器原边电压和第二变压器副边电压之间的移相角φ实时估计LLC谐振变换器中的传输功率P
LLC
，包括：
[0013]计算DAB变换器的传输功率P
DAB
，如下所示：
[0014][0015]其中，L
k
表示第二谐振电感，f
s
表示开关频率，K2表示第二变压器的变比，V
c2
表示第二电解电容的电压。
[0016]根据DAB变换器的传输功率P
DAB
计算LLC谐振变换器中的传输功率P
LLC
，如下所示：
[0017][0018]其中，K1表示第一变压器的变比；
[0019]其中，所述临界功率P
DCM
的计算，如下所示：
[0020][0021]其中，L
r
表示第一谐振电感，L
m
表示励磁电感，C
r
表示谐振电容，V1表示输入电源的电压，V
d
表示LLC谐振变换器中副边功率开关管管反并联二极管的前向导通压降。
[0022]其中，所述时刻T1的计算，如下所示：
[0023][0024]其中，R表示传输功率P
LLC
对应的负载，T
s
表示开关周期，T
s
＝1/f
s
，v
Cr_on
表示电流断续模式下LLC谐振变换器的副边二极管的导通电压，如下所示：
[0025][0026]其中，所述导通时间T
c
的计算，如下所示：
[0027]A
t
T
c4
+B
tTc3
+C
t
T
c2
+D
t
T
c
+E
t
＝0
ꢀꢀꢀ
(6)
[0028]其中，A
t
、B
t
、C
t
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于功率实时估计的DAB
‑
LLC双向变换器同步整流方法，其特征在于，包括：步骤1，确定双向变换器副边的输出电压给定V
ref
，采样实际双向变换器副边的输出电压V2，计算双向变换器副边的输出电压给定V
ref
与实际双向变换器副边的输出电压V2的差值；步骤2，将差值输入电压控制器，电压控制器输出移相角φ，将移相角φ作为第二变压器原边电压和第二变压器副边电压之间的移相角φ，当移相角φ>0时，双向变换器为正向功率传输，当移相角φ＜0时，双向变换器为反向功率传输；步骤3，当双向变换器为正向功率传输时，根据第二变压器原边电压和第二变压器副边电压之间的移相角φ实时估计LLC谐振变换器中的传输功率P
LLC
，判断功率P
LLC
是否大于临界功率P
DCM
，当功率P
LLC
大于临界功率P
DCM
时，LLC谐振变换器工作在电流连续模式，LLC谐振变换器副边功率开关管驱动信号与LLC谐振变换器原边功率开关管驱动信号相同；步骤4，当功率P
LLC
小于临界功率P
DCM
时，LLC谐振变换器工作在电流断续模式，LLC谐振变换器副边功率开关管打开时间等于LLC谐振变换器原边功率开关管打开时间推迟T1时刻，当LLC谐振变换器副边功率开关管导通时间等于导通时间T
c
时，关闭LLC谐振变换器副边功率开关管，得到LLC谐振变换器副边功率开关管驱动信号；步骤5，当双向变换器为反向功率传输时，根据第二变压器原边电压和第二变压器副边电压之间的移相角φ实时估计LLC谐振变换器中的传输功率P
LLC
，判断功率P
LLC
是否大于临界功率P
DCM
，当功率P
LLC
大于临界功率P
DCM
时，LLC谐振变换器工作在电流连续模式，LLC谐振变换器原边功率开关管驱动信号与LLC谐振变换器副边功率开关管驱动信号相同；步骤6，当功率P
LLC
小于临界功率P
DCM
时，LLC谐振变换器工作在电流断续模式，LLC谐振变换器原边功率开关管打开时间等于LLC谐振变换器副边功率开关管打开时间推迟T1时刻，当LLC谐振变换器原边功率开关管导通时间等于导通时间T
c
时，关闭LLC谐振变换器原边功率开关管，得到LLC谐振变换器原边功率开关管驱动信号。2.根据权利要求1所述的基于功率实时估计的DAB
‑
LLC双向变换器同步整流方法，其特征在于，所述根据第二变压器原边电压和第二变压器副边电压之间的移相角φ实时估计LLC谐振变换器中的传输功率P
LLC
，包括：计算DAB变换器的传输功率P
DAB
，如下所示：其中，L
k
表示第二谐振电感，f
s
表示开关频率，K2表示第二变压器的变比，V
c2
表示第二电解电容的电压；根据DAB变换器的传输功率P
DAB
计算LLC谐振变换器中的传输功率P
LLC
，如下所示：其中，K1表示第一变压器的变比。3.根据权利要求2所述的基于功率实时估计的DAB
‑
LLC双向变换器同步整流方法，其特征在于，所述临界功率P
DCM
的计算，如下所示：
其中，L
r
表示第一谐振电感，L
m
表示励磁电感，C
r
表示谐振电容，V1表示输入电源的电压，V
d
表示LLC谐振变换器中副边功率开关管管反并联二极管的前向导通压降。4.根据权利要求3所述的基于功率实时估计的DAB
‑
LLC双向变换器同步整流方法，其特征在于，所述时刻T1的计算，如下所示：其中，R表示传输功率P
LLC
对应的负载，T
s
表示开关周期，T
s
＝1/f
s
，v
Cr_on
表示电流断续模式下LLC谐振变换器的副边二极管的导通电压，如下所示：5.根据权利要求4所述的基于功率实时估计的DAB
‑
LLC双向变换器同步整流方法，其特征在于，所述导通时间T
c
的计算，如下所示：A
t
T
c4
+B
t
T
c3
+C
t

【专利技术属性】
技术研发人员：郭庆辰，廖粤峰，许国，但汉兵，刘永露，宁光富，王辉，熊文静，孙尧，粟梅，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：