LLC諧振變換器的軌跡控制研究

摘要：針對LLC諧振變換器諧振槽有多個(gè)諧振元件、工作過程復(fù)雜、難以對其實(shí)現(xiàn)有效控制的問題，本文提出了一種最優(yōu)軌跡控制方法，根據(jù)變換器的具體諧振過程，給出了其多諧振過程的時(shí)域方程，并以此推導(dǎo)出其軌跡方程，繪制了其狀態(tài)軌跡圖，給出了詳細(xì)的控制法則。軟件仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能良好，驗(yàn)證了該控制方法的可行性和有效性。本文網(wǎng)絡(luò)版地址：http：//www.eepw.com.cn/article/269821.htm

關(guān)鍵詞：LLC；諧振；CCM；軌跡方程；控制控制

DOI：10.3969/j.issn.1005-5517.2015.2.014

康亞東（1987-），男，碩士，主要研究方向：電力電子功率變換技術(shù)。

引言

LLC諧振變換器因可以實(shí)現(xiàn)ZVS、開關(guān)頻率高、易于集成等優(yōu)點(diǎn)而受到歡迎。但由于其諧振元件較多，對其實(shí)現(xiàn)簡單有效的控制依然并不簡單。文獻(xiàn)將變頻控制、滑膜控制和軌跡控制等5種控制方法在串聯(lián)諧振電路中方面進(jìn)行了多方面的比較，結(jié)果顯示軌跡控制方法在系統(tǒng)穩(wěn)定性、動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間、短路承受能力等方面都較其它幾種方法有更好的表現(xiàn)。文獻(xiàn)對串聯(lián)諧振變換器提出了一種簡單的軌跡控制方法。文獻(xiàn)對LCC變換器在DCM和CCM模式下各諧振過程的時(shí)域方程做了推導(dǎo)，并未對其控制方法作進(jìn)一步分析。文獻(xiàn)分析了LCC諧振變換器的一種軌跡控制方法。本文對CCM模式下的LLC諧振電路的狀態(tài)軌跡進(jìn)行了分析，繪制了軌跡轉(zhuǎn)換圖，最后提出了一種對LLC諧振變換器的軌跡進(jìn)行控制的方法，并用仿真和實(shí)驗(yàn)對該控制方法進(jìn)行了驗(yàn)證。

1 LLC諧振電路的諧振過程與分析

1.1 LLC諧振電路的諧振模態(tài)分析

LLC諧振變換器的主電路拓?fù)淙鐖D1所示。其主要工作波形和相應(yīng)時(shí)段的諧振模態(tài)分別為圖2和圖3。

1.2 LLC諧振電路軌跡方程的推導(dǎo)

LLC諧振電路因含有多個(gè)諧振元件，其時(shí)域公式和軌跡方程推導(dǎo)起來復(fù)雜得多，為此，在推導(dǎo)LLC諧振電路相應(yīng)時(shí)段的時(shí)域公式和軌跡方程前，先做必要的假設(shè)：1）所有元器件均為理想元件；2）工作過程中輸

依同樣的分析方法，可求得下半周期各諧振模態(tài)的時(shí)域方程與軌跡方程。

2 軌跡控制法則的推導(dǎo)與實(shí)現(xiàn)

根據(jù)狀態(tài)平面分析方法可知，LLC諧振電路在一個(gè)工作周期內(nèi)，其各諧振模態(tài)所對應(yīng)的狀態(tài)變量軌跡組成一個(gè)閉合的環(huán)，每一個(gè)諧振模態(tài)對應(yīng)其中的一段圓弧。要實(shí)現(xiàn)軌跡控制，必須通過控制開關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)刻或者關(guān)斷時(shí)刻來制定控制法則。為實(shí)現(xiàn)兩個(gè)不同軌線的工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換，并獲得良好的動(dòng)態(tài)性能，就必須根據(jù)控制指令計(jì)算出最憂的開關(guān)管導(dǎo)通或關(guān)斷時(shí)刻。具體到LLC諧振電路，在CCM模式下，可選擇通過控制開關(guān)管的關(guān)斷時(shí)刻來達(dá)到軌跡轉(zhuǎn)換的目的，例如圖4中軌線W1和W2的開關(guān)頻率不同，分別為fa和fb。圖4中軌跡轉(zhuǎn)換的過程分析如下：