全桥交错并联双向LLC变换器的双向恒功率控制结构及方法技术

本发明专利技术公开一种全桥交错并联双向LLC变换器的双向恒功率控制结构及方法，包括第一双向全桥LLC变换器、第二双向全桥LLC变换器、电源输出端的负载R

【技术实现步骤摘要】
全桥交错并联双向LLC变换器的双向恒功率控制结构及方法


[0001]本专利技术属于电子
，具体涉及一种全桥交错并联双向LLC变换器的双向恒功率控制结构及方法。

技术介绍

[0002]随着储能的广泛应用，对直流大功率电源的要求不断提高，提升电源的安全、效率、功率密度的迫切性在双碳目标下的今天尤为突出。交错并联不仅可减小输入输出电流纹波，还可以提高变换器的输出功率，不仅有效地减小输入输出电容使用，还增加了功率密度，也降低了变换器的硬件成本。由于制造工艺一致性问题，谐振组件存在
±
5％的容差使得变换器归一化的频率不一致，这不仅导致相之间的功率不均分某一相发热严重，而且导致输出电流纹波增大，降低变换器的使用寿命。而传统的LLC谐振变换器采用PFM控制调节增益，为了保证输入输出纹波最小，交错并联的电流交错角必须保持十分之一个周期，所以不能通过PFM进行功率较小相的增益补偿，需提出另外的增益补偿控制策略。目前的功率均分控制，虽然能够实现功率均分但会使变换器失去零电压开通(ZVS)，还有一些通过额外的硬件电路实现功率均分控制，且都集中在单向LLC变换器。

技术实现思路

[0003]针对现有技术不足，本申请提供了一种全桥交错并联双向LLC变换器的双向恒功率控制结构及方法，以两路LLC谐振变换器模组输出电流和电压为交错角调整模块STM的输入，通过STM实现并联LLC交错四分之一个周期，以两路LLC谐振变换器模组输出电流为主副侧异步补偿角调整模块PIM和换相控制模块SPM的输入，通过SPM和PIM实现恒功率控制。
[0004]一种全桥交错并联双向LLC变换器的双向恒功率控制结构，包括第一双向全桥LLC变换器、第二双向全桥LLC变换器、电源输出端的负载R
load
、交错角调节模块STM、PFM1模块、PFM2模块、换相控制模块SPM、主副侧异步补偿角调整模块PIM、LLC谐振变换器恒压控制环、LLC谐振变换器恒流控制环、第一电流采样模块、第二电流采样模块和电压采样模块；
[0005]第一双向全桥LLC变换器和第二双向全桥LLC变换器输入输出端并联；
[0006]第一电流采样模块采集第一双向全桥LLC变换器的第一输出电流采样；
[0007]第二电流采样模块采集第二双向全桥LLC变换器的第二输出电流采样；
[0008]电压采样模块采集第一双向全桥LLC变换器和第二双向全桥LLC变换器的输出电压采样；
[0009]交错角调节模块STM将第一双向全桥LLC变换器的第一输出电流采样、第二双向全桥LLC变换器的第二输出电流采样及两者的输出电压采样作为输入，输出信号给PFM2模块；
[0010]换相控制模块SPM将第一输出电流采样和第二输出电流采样作为输入；
[0011]主副侧异步补偿角调整模块PIM将第一输出电流采样和第二输出电流采样作为输入，输出通过换相控制模块SPM进行判定选PFM1模块或PFM2模块；
[0012]LLC谐振变换器恒压控制环将输出电压采样作为输入，输出频率信号F由控制模式
确定一并给PFM1模块和PFM2模块；
[0013]LLC谐振变换器恒流控制环将第一输出电流采样和第二输出电流采样作为输入，输出频率信号F由控制模式确定一并给PFM1模块和PFM2模块。
[0014]进一步地，所述换相控制模块SPM用于分别检测第一输出电流采样和第二输出电流采样，并通过电流采样信号判定哪个双向全桥LLC变换器需补偿增益。
[0015]进一步地，所述主副侧异步补偿角调整模块PIM用于分别检测第一输出电流采样和第二输出电流采样，确定增益偏差并得出所需的主副侧异步补偿角β，并将所述主副侧异步补偿角β给所需补偿的双向全桥LLC变换器对应的PFM模块，实现正向运行增益补偿M
z
和反向运行增益补偿M
f
。
[0016]进一步地，所述主副侧异步补偿角β与正向运行增益补偿M
z
和反向运行增益补偿M
f
的关系如下：
[0017][0018][0019]其中，F为归一化频率，Q是品质因素Q＝π2Z
r
I
o
/8n2V
o
，Z
r
是特征阻抗I
o
是变换器输出电流，V
o
是变换器输出电压，n是变压器匝数比，C
r
为谐振电容值，K＝L
r
/L
m
是谐振电感和励磁电感的比值，L
r
为谐振电感值，L
m
为励磁电感值。
[0020]进一步地，所述交错角调节模块STM用于分别检测第一输出电流采样、第二输出电流采样及输出电压采样，确定第一双向全桥LLC变换器和第二双向全桥LLC 变换器的交错角使第一双向全桥LLC变换器和第二双向全桥LLC变换器的电流交错角时刻保持四分之一个周期，达到最小纹波输出。
[0021]进一步地，所述交错角的确定方式如下：
[0022][0023]其中，k＝L
r
/L
m
是谐振电感和励磁电感的比值，β主副侧异步补偿角，F为归一化频率，M为电压增益。
[0024]本专利技术还提供一种全桥交错并联双向LLC变换器的双向恒功率控制方法，包括：
[0025]步骤1，通过第一电流采样模块采集第一双向全桥LLC变换器输出电流I
o1
，通过第二电流采样模块采集第二双向全桥LLC变换器的输出电流I
o2
，通过电压采样模块采集第一双向全桥LLC变换器和第二双向全桥LLC变换器的输出电压V
o
；
[0026]步骤2，变换器工作在恒流模式，LLC谐振变换器恒流控制环(8)将电流信号I
o1
和I
o2
之和作为反馈信号与给定电流信号I
o_ref
做差给自身的PID控制器输出信号给PFM1模块和PFM2模块得到变换器的工作频率F；变换器工作在恒压模式， LLC谐振变换器恒压控制环
(9)将电压信号V
o
作为反馈信号与给定电压信号V
o_ref
做差给自身的PID控制器输出信号给PFM1模块和PFM2模块得到变换器的工作频率F；
[0027]步骤3，交错角调节模块STM利用电流信号I
o1
、电流信号I
o2
、电压信号V
o
和运行频率F确定第二双向全桥LLC变换器的交错角并将交错角输入PFM2模块，时刻保持第一双向全桥LLC变换器第二双向全桥LLC变换器电流相位保持四分之一个周期，达到最小纹波输出；
[0028]步骤4，换相控制模块SPM利用第一双向全桥LLC变换器、第二双向全桥LLC 变换器的电流采样数据判断两个双向全桥LLC变换器功率大小，进而用于判定哪个双向全桥LLC变换器需补偿增益本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种全桥交错并联双向LLC变换器的双向恒功率控制结构，其特征在于，包括第一双向全桥LLC变换器、第二双向全桥LLC变换器、电源输出端的负载R
load
、交错角调节模块STM、PFM1模块、PFM2模块、换相控制模块SPM、主副侧异步补偿角调整模块PIM、LLC谐振变换器恒压控制环、LLC谐振变换器恒流控制环、第一电流采样模块、第二电流采样模块和电压采样模块；第一双向全桥LLC变换器和第二双向全桥LLC变换器输入输出端并联；第一电流采样模块采集第一双向全桥LLC变换器的第一输出电流采样；第二电流采样模块采集第二双向全桥LLC变换器的第二输出电流采样；电压采样模块采集第一双向全桥LLC变换器和第二双向全桥LLC变换器的输出电压采样；交错角调节模块STM将第一双向全桥LLC变换器的第一输出电流采样、第二双向全桥LLC变换器的第二输出电流采样及两者的输出电压采样作为输入，输出信号给PFM2模块；换相控制模块SPM将第一输出电流采样和第二输出电流采样作为输入；主副侧异步补偿角调整模块PIM将第一输出电流采样和第二输出电流采样作为输入，输出通过换相控制模块SPM进行判定选PFM1模块或PFM2模块；LLC谐振变换器恒压控制环将输出电压采样作为输入，输出频率信号F由控制模式确定一并给PFM1模块和PFM2模块；LLC谐振变换器恒流控制环将第一输出电流采样和第二输出电流采样作为输入，输出频率信号F由控制模式确定一并给PFM1模块和PFM2模块。2.根据权利要求1所述的一种全桥交错并联双向LLC变换器的双向恒功率控制结构，其特征在于，所述换相控制模块SPM用于分别检测第一输出电流采样和第二输出电流采样，并通过电流采样信号判定哪个双向全桥LLC变换器需补偿增益。3.根据权利要求2所述的一种全桥交错并联双向LLC变换器的双向恒功率控制结构，其特征在于，所述主副侧异步补偿角调整模块PIM用于分别检测第一输出电流采样和第二输出电流采样，确定增益偏差并得出所需的主副侧异步补偿角β，并将所述主副侧异步补偿角β给所需补偿的双向全桥LLC变换器对应的PFM模块，实现正向运行增益补偿M
z
和反向运行增益补偿M
f
。4.根据权利要求3所述的一种全桥交错并联双向LLC变换器的双向恒功率控制结构，其特征在于，所述主副侧异步补偿角β与正向运行增益补偿M
z
和反向运行增益补偿M
f
的关系如下：下：
其中，F为归一化频率，Q是品质因素Q＝π2Z
r
I
o
/8n2V
o
，Z
r
是特征阻抗I
o
是变换器输出电流，V
o
是变换器输出电压，n是变压器匝数比，C
r
为谐振电容值，K＝L
r
/L
m
是...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘国兵，周英浩，章浩飞，夏嵩迪，李其雨，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：