[发明专利]LLC谐振变换器及其控制方法

说明书

本发明提供一种能够双向运行的LLC谐振变换器，原边PWM控制信号和副边PWM控制信号具有相同的开关周期，使得原边桥式电路的各个开关器件与副边桥式电路的各个开关器件同步导通和同步关断。通过控制原边桥式电路的各个开关器件和副边桥式电路的各个开关器件的驱动信号的脉宽长度，实现原边桥式电路和副边桥式电路损耗的优化配置，进而对原边桥式电路和副边桥式电路散热冷板的温度在线调控，保证高频LLC谐振变换器健康稳定运行。本发明还提供了该LLC谐振变换器的控制方法。

技术领域

本发明涉及电力电子领域，具体地涉及一种LLC谐振变换器及其控制方法。

背景技术

近年来，高频化电力电子技术不断发展，可再生能源、电动汽车、电力牵引等领域的新型电力变换技术的研究得到了广泛的关注。在电网领域，交直流混合输配电网、直流输配电网、直流微电网、电力电子变压器、能源路由器等新概念不断被提出，在以上众多研究热点和应用场合中，均需要能量双向流动的DC/DC变换器作为不同电压等级直流母线间的接口。同时，为了保证直流变换器的高效率和高功率密度，还要求DC/DC变换器具备一定的软开关能力且工作频率尽可能高，并同时兼备电气隔离能力。基于上述需求，LLC型谐振变换器作为一种高效隔离型软开关DC/DC变换器，在直流变换场合具有极高的应用潜力和价值。

现有的控制策略为：当能量正向流动时，变压器原边全桥器件T₁-T₄驱动信号使能有效，其中T₁和T₄的驱动信号设置为占空比约50％的方波，T₂、T₃的驱动信号与T₁、T₄的驱动信号互补，且T₂、T₃的驱动信号与T₁、T₄的驱动信号间需设置必要的死区时间。此时副边全桥器件V₁-V₄使能封锁，做不控整流；当能量负向流动时，副边全桥器件V₁-V₄驱动信号使能有效，其中V₁和V₄的驱动信号设置为占空比约50％的方波，V₂、V₃的驱动信号与V₁、V₄的驱动信号互补，且V₂、V₃的驱动信号与V₁、V₄的驱动信号间需设置必要的死区时间。此时原边全桥器件T₁-T₄使能封锁，做不控整流。

传统控制策略存在的问题为：驱动信号的方波占空比一般固定为50％。当能量正向流动时，原边桥式电路实现ZVS(Zero Voltage Switching)零电压开关，副边桥式电路实现ZCS(Zero Current Switching)零电流开关。在高频下运行时，原边桥式电路的功率器件关断电流较大，关断损耗大，因此原边台面温度TEMP1较高，而副边台面温度TEMP2相对较低，不可调控。负向流动时，副边桥式电路实现ZVS零电压开关，原边桥式电路实现ZCS零电流开关。在高频下运行时，副边桥式电路的功率器件关断电流较大，关断损耗大，因此副边台面温度较高，而原边台面温度相对较低，不可调控。当单一散热冷板台面持续维持在较高温度，严重的情况下可能降低该冷板上安装的功率器件的可靠性和寿命。

若通过降低工作频率的方式减小开关损耗、降低温度，则频率偏移额定频率较大时，易引起高频变压器铁心饱和，电流磁场曲线变化，改变变压器正常稳态运行工作点，引起磁路饱和，消磁导致励磁电感急剧下降出现过电流尖峰导致过流，严重时也将损坏主电路功率器件。

发明内容

针对以上问题，本发明提出了一种频率恒定、正向和反向运行时原副边桥式电路损耗可在线配置的双向LLC谐振变换器及其控制方法。