[发明专利]一种能实现自然双向功率流的LLC变换器调制方法

权利要求书

1.一种能实现自然双向功率流的LLC变换器调制方法，其特征在于，在双向电能传输时，双向全桥LLC变换器开关管的高压侧和低压侧驱动信号是相同的、工作完全同步，开关频率固定并且小于谐振频率，并保证开关占空比等于半个谐振周期与开关周期的比值，即：

D＝T_r/2T_s

其中T_s是开关周期，T_r是谐振周期，D是开关占空比；

只讨论断续模式下的动作，在断续模式下，一旦公式D＝T_r/2T_s满足，电压比就取决于开关频率，同时，励磁电感也不参与到整个谐振周期当中，励磁电流仅仅用来实现软开关，所以正向运行和反向运行的工作模态是对称的；开关管S₁～S₄组成高压侧H桥，S₅～S₈组成低压侧H桥，D₁～D₈为对应于S₁～S₈的体二极管，C₁～C₈为S₁～S₈的寄生电容，具体的，S₁和S₂、S₃和S₄、S₅和S₆、S₇和S₈组成四组桥臂，S₁、S₃、S₅、S₇位于四组桥臂中点的上方，S₂、S₄、S₆、S₈位于四组桥臂中点的下方；系统的开关动作模态如下：

在t₀之前，所有的开关关断，谐振电容电压在它的最小值-ΔV_Cr，谐振电流i_Lr是断续的，励磁电流i_Lm通过体二极管D₅和D₈；

模态1[t₀，t₁]：在t₀时刻，开关管S₁,S₄,S₅和S₈打开，其中S₅和S₈零电压开通，电感L_r的谐振电流i_Lr有如下表达式：

其中ω_r＝2πf_r，L_r是谐振电感，C_r是谐振电容，f_r是谐振频率，ΔV_Cr是谐振电容电压的峰值，n为变压器变比；

i_Lm，i_Lr和i_Lr2之间的关系式可表示为：

i_Lr2＝i_Lr-i_Lm

其中i_Lr2为LLC变换器上变压器高压侧的绕组电流，变压器的励磁电感被钳位在低压侧电压V_LV，因此谐振电流i_Lr可表示如下：

模态2[t₁，t₂]：在t₁时刻，i_Lr的大小为i_Lm的值，开关管S₅和S₈在此刻仍然是导通的，励磁电感L_m始终被低压侧电压钳位，因此，L_m并不参与谐振；

在i_Lr2为反向电流时，i_Lm，i_Lr和i_Lr2之间的关系式可表示为：

在t₂时刻，谐振电流i_Lr减少到0，开关管S₁,S₄,S₅和S₈关闭，其中S₁和S₄零电流关断；

模态3[t₂，t₃]：在这个模态中，i_Lr为0，谐振电容电压保持在励磁电流i_Lm通过低压侧的体二极管D₆，D₇续流，和之间的关系式可表示为：

在1/4谐振周期中从0变化到谐振电容电压的峰值可表示为：

其中P代表变换器的传输功率，f_s代表开关频率，V_HV代表高压侧输入电压，在t₃时刻之后，变换器将工作在一个新的工作周期。