LLC諧振變換器軟啟動控制策略研究

陳偉松 葛艷華

摘 要 LLC諧振變換器在啟動過程中由于輸出濾波電容較大，諧振電感電流會有一個較大的瞬時電流。本文首先分析LLC諧振變換器的輸入輸出電壓特性，其次通過仿真對比各個軟啟動控制策略，并總結出一個效果較好的LLC軟啟動控制策略。

關鍵詞 LLC諧振;軟啟動;高頻輔助逆變器

引言

近年來，隨著我國軌道交通的高速發展，對輔助逆變器的要求越來越高。由于追求輔助逆變器的高效率、高功率密度，中高頻輔助逆變器正在逐步替代工頻輔助逆變器成為軌道交通輔助逆變器主流方案。中高頻輔助逆變器通過采用高頻變壓器替換工頻變壓器，實現了輔助逆變器的高功率密度。中高頻輔助逆變器的關鍵技術在LLC諧振變換器部分[1]。目前國內外眾多學者針對LLC諧振變換器進行了深入的研究。

本文首先對全橋LLC諧振變換器進行建模分析，簡單闡述LLC諧振變換器的工作原理。分析LLC諧振變換器啟動過程諧振電流出現較大峰值原因，提出了一種LLC諧振變換器軟起動的控制策略。

1軟啟動控制策略

全橋LLC諧振變換器電路如圖1所示。

Q1～Q4為四個IGBT，T1為高頻變壓器，Lr為諧振電感，Lm為勵磁電感，Cr為諧振電容，D1、D2為整流二極管。Lr諧振電感可以由高頻變壓器原邊漏感實現，Lm由高頻變壓器的激磁電感實現。

LLC諧振變換器在剛啟動的時候需要對輸出濾波電容充電，而輸出濾波電容容量一般較大，因此會產生較大的瞬時電流，不僅會擊穿功率器件，同時諧振電容也會由于過電壓而燒毀。所以為了保護元器件，需要采用適當的控制方法進行LLC諧振變換器的軟啟動[2]。

地鐵輔助逆變器的功率需求較大，一般不低于160kVA，因此需要采用多模塊輸出并聯。解決LLC變換器多模塊輸出并聯均流問題較好的方法是使其工作在DCT（DC Transformer，DCT）模式。降頻啟動方式是LLC諧振變換器常用的方法，但是對于工作在DCT模式的LLC諧振變換器，由于采用較大的K=Lm/Lr，該增益曲線較為平直，因此采用降頻方式軟起動效果不明顯。

1.1 仿真對比

基于Matlab仿真平臺搭建LLC諧振變換器仿真模型，對比不同控制策略下LLC諧振變換器啟動過程中諧振電流大小。仿真模型參數如表1所示。

根據諧振參數，按照公式1計算串聯諧振頻率fr =23kHz。在不同的開關頻率下，通過不斷減小死區，完成LLC諧振電路的軟啟動，仿真結果如圖2所示。

由圖2（a）可以看出，當采用fs=fr，固定占空比啟動的時候，諧振電流iLr瞬時值可以達到800A;圖2（b）表明采用上下管占空比分別從0慢慢加到0.49的軟啟動策略，無論是fs=fr，還是fs=2fr，諧振電流瞬時值最大值分別降到了38A。因此，LLC諧振變換器在啟動過程中采取上下兩個開關管占空比分別從0慢慢增加到50%（包括死區）的控制策略是可以有效地降低諧振電流，實現軟啟動。

2結束語

本文首先對LLC諧振變換器諧振電路進行分析，分析LLC諧振變換器啟動過程中諧振電流瞬時值較大的原因，并提出一種有效降低諧振電流的軟啟動控制策略。

參考文獻

[1] 杜會卿.高頻脈沖直流環節輔助逆變器輸出性能優化與效率提升[D].北京：北京交通大學，2016.

[2] 李菊.全橋LLC諧振變換器的混合式控制策略[D].南京：南京航空航天大學，2011.