[发明专利]一种LLC谐振变换器的分段式控制系统设计方法

说明书

本发明涉及电子变换器控制技术领域，具体公开了一种LLC谐振变换器的分段式控制系统设计方法，包括：根据LLC谐振变换器的电路参数建立小信号模型；将LLC谐振变换器的小信号模型以谐振频率为界限分为两部分，并分别得到该两部分相应的传递函数解析式；分别根据两部分的谐振频率范围以及对应满载和最小负载状况下的直流增益曲线确定LLC谐振变换器的两部分工作区间；将各工作区间的边界点所对应的状态变量代入所对应的传递函数解析式中，得到对应状态下系统开环的稳定裕度；对工作区间中各边界点的稳定裕度进行比较，获取开环稳定裕度最差的边界点设计相应的补偿器。从而设计出该变换器的分段式控制系统，进而提高了该控制器的稳定性。

技术领域

本发明涉及电力电子变换器控制技术领域，特别涉及一种LLC谐振变换器的分段式控制系统设计方法。

背景技术

为了提高LLC谐振变换器的稳定性，因此需要对LLC谐振变换器的控制系统进行优化设计，设计需要以建模为前提，然而对于谐振变换器，小信号建模非常具有挑战性。因为其中一些状态变量中交流分量占比很大，所以采用脉冲宽度调制(PWM)方式的变换器中常用的平均概念不再适用。对于LLC谐振变换器，基于扩展描述函数概念提出的等效电路模型是最成功的模型。这种建模方法使用基波近似，即仅考虑谐振网络变量的基波分量。在谐振变换器工作过程中，基波分量在交流信号中占比很大，因此采用基波近似是合理的。使用基波分量法建立的小信号模型对于LLC谐振变换器的描述足够准确。然而，在目前的LLC谐振变换器控制系统设计过程中，由于缺乏简单、系统性的设计流程指导，目前普遍采用的设计方式是:首先通过相关测试设备测出所要控制对象的波特图，拟合出所对应的传递函数，然后对LLC谐振变换器装置进行控制系统设计，该方法采用的等效电路模型的阶数太高，并且传递函数仍然是基于数值解而不是解析解导出的，给LLC谐振变换器控制系统的设计带来了困难，从而导致LLC谐振变换器的稳定性得不到增强。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种LLC谐振变换器的控制系统设计方法，从而解决LLC谐振变换器由于控制系统设计困难无法提高其稳定性的问题。

为实现上述目的，本发明公开了一种LLC谐振变换器的分段式控制系统设计方法，包括：

S1，根据LLC谐振变换器的电路参数建立小信号模型；

S2，将LLC谐振变换器的小信号模型以谐振频率为界限分为两部分，并分别得到该两部分相应的传递函数解析式；

S3，获取LLC谐振变换器满载和最小负载状况下的直流增益曲线并结合开关频率范围获取LLC谐振变换器的工作区间，以谐振频率为界限将工作区间分为两部分；

S4，将各工作区间的边界工作点所对应的状态变量代入分段式传递函数解析式中，得到工作区间中各边界工作点的开环传递函数，通过各边界工作点的开环传递函数得出各边界工作点的开环稳定裕度；

S5，对两部分工作区间中各边界点的稳定裕度进行比较，分别获取两部分工作区间中开环稳定裕度最差的边界工作点设计相应的补偿器。

优选的，上述技术方案中，所述LLC谐振变换器包括半桥电路，变压器及整流滤波模块，两个功率开关管Q₁、Q₂串联构成半桥电路，半桥电路与输入电源并联，半桥电路的输出连接谐振电路，谐振电路由谐振电感L_r、谐振电容C_r、谐振电感L_m组成，谐振电路再经由变压器连接至整流滤波模块以及负载，其中，整流滤波模块由整流二极管D₁、D₂与输出滤波电容C_o组成。