[发明专利]适应快速负载突变的LLC变换器最优状态轨迹控制方法

说明书

本发明公开一种适应快速负载突变的LLC变换器最优状态轨迹控制方法，该方法通过识别LLC谐振变换器负载状态的变化，采用最优状态轨迹控制使变换器状态变量迅速调整至目标工作点，在负载电流快速变化情况下动态响应速度快，实现了LLC谐振变换器在脉冲型负载等快速负载突变的条件下稳定可靠工作。

技术领域

本发明属于电力电子变换器技术领域，涉及一种适应快速负载突变的LLC变换器最优状态轨迹控制方法。

背景技术

现代雷达技术的发展对于电源的需求越来越多样化、特殊化，雷达的工作特性决定了其直流供电电源的负载特性为脉冲式负载，是一种状态最为恶劣的动态负载。通过提高直流母线电压(1kV)，可以实现在相同功率等级条件下更小的电流，因而能够提高供电系统的输配电效率。因此，在船舶等雷达搭载平台上，高压直流母线和与之配套的高压、高功率密度DC-DC变换器是发展的必然趋势。

LLC谐振变换器拓扑是目前工业界最常采用的高压输入、低压大电流DC-DC变换器方案，它可以实现全负载范围内变压器一次侧开关器件的零电压开通(ZVS)和变压器二次侧整流器件的零电流关断(ZCS)，从而得到极高的功率变换效率。但是该拓扑的电压增益随负载电流的变化比较明显，受限于硬件调频范围等因素，比例积分(PI)控制等传统的线性控制方法不仅难以满足LLC谐振变换器在极轻载甚至完全空载条件下的工作要求，而且存在动态负载下调节速度慢的问题；滞环控制作为线性控制的补充可以保证LLC谐振变换器在极轻载以及完全空载条件下的正常工作，但是脉冲型负载条件下负载由完全空载向满载跳变时，滞环控制模式到线性控制模式的直接切换会导致LLC谐振变换器输出电压的大幅跌落甚至导致LLC谐振变换器失控。雷达负载作为脉冲式负载，要求LLC谐振变换器周期性地在完全空载状态与重载状态之间切换，频繁进行大幅度负载跳变，对LLC谐振变换器的负载瞬态响应有很高的要求,传统的线性控制和滞环控制在该情况下不能满足需要。

发明内容

针对现有LLC谐振变换器控制方法负载瞬态响应差，不能满足脉冲型负载工作要求的缺陷和不足，本发明提供一种适应快速负载突变的LLC变换器最优状态轨迹控制方法，该方法通过识别LLC谐振变换器负载状态的变化，采用最优状态轨迹控制使LLC谐振变换器状态变量迅速调整至目标工作点，解决了LLC谐振变换器由完全空载(或极轻载)至满载状态平滑切换问题，在负载瞬变情况下动态响应速度快，实现了LLC谐振变换器在脉冲型负载条件下的稳定可靠工作。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

适应快速负载突变的LLC变换器最优状态轨迹控制方法，选择谐振电容电压V_Cr和谐振电感电流I_Lr作为状态变量，通过识别负载跳变情况，按最优状态轨迹将LLC谐振变换器状态轨迹工作点由当前位置转移至目标轨迹，实现LLC谐振变换器从轻载或完全空载状态到重载或满载状态的平滑切换，具体包括以下步骤：

步骤一，以LLC谐振变换器的谐振电容电压和谐振电感电流作为状态变量，建立LLC谐振变换器的状态轨迹模型；

步骤二，在LLC谐振变换器开机启动后，检测LLC谐振变换器的输出电压和负载电流，并判断负载状态与负载跳变情况；

步骤三，根据步骤二，如果负载没有跳变，且LLC谐振变换器工作于轻载或完全空载状态，则系统进入滞环控制模式；

步骤四，根据步骤二，如果负载没有跳变，且LLC谐振变换器工作于重载或满载状态，则系统进入线性控制模式(如比例积分控制)；

步骤五，根据步骤二，如果负载由重载或满载状态跳变至轻载或完全空载状态，则系统直接进入滞环控制模式；

步骤六，根据步骤二，如果负载由轻载或完全空载状态跳变至重载或满载状态，则系统进入状态轨迹控制模式；