[发明专利]一种LCC谐振变换器轻载效率优化控制方法

说明书

本发明公开了一种LCC谐振变换器轻载效率优化控制方法，包括如下步骤：(1)通过控制LCC变换器在轻载时进入Burst模式，在工作状态和待机状态之间不断切换，提升系统效率；(2)通过状态轨迹控制实现LCC变换器在工作状态的最优化，并且在待机状态下消除谐振，避免变压器饱和；(3)提出LCC变换器从启动模式切换到Burst模式的控制方法，可以在一个开关周期内完成模式切换，且切换过程中没有电流或电压应力。本发明能够提升变换器的轻载效率，使得变换器在较窄的频率范围内即可实现全范围工作，变换器在一个开关周期内完成从启动模式到Burst模式切换，且切换过程中没有电流或电压应力。

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种LCC谐振变换器轻载效率优 化控制方法。

背景技术

近年来，高压直流电源广泛应用于加速器、静电除尘、医疗X光电源等领 域，LCC谐振变换器以其能够利用变压器的寄生参数和软开关的优势，在高压 直流电源领域获得广泛采用；利用其软开关特性，开关频率可以进一步提高， 实现高效率和高功率密度。因此，在高输出电压隔离式DC-DC电源中，LCC谐 振变换器已成为首选。

如图1所示，LCC谐振变换器采用H桥作为功率转换的基本单元，H桥由 4个开关管Q₁、Q₂、Q₃和Q₄构成，谐振腔由谐振电感L_r、串联谐振电容C_r和 并联谐振电容C_p组成，输入和输出通过变压器进行隔离，输出整流桥由4个二 极管D₁、D₂、D₃和D₄组成，输出采用电容C_o进行滤波，提供波动小、稳定的 输出电压。变换器的输入电压为V_in，输出电压为V_o，变压器的变比为n，流过 谐振电感L_r的电流为i_Lr，电容C_r的电压为v_Cr，电容C_p的电压为v_Cp。

由于LCC谐振变换器的谐振腔增益依赖于开关频率，因此通常通过调节开 关频率来实现输出电压控制；尽管LCC谐振变换器结合了串联和并联谐振变换 器的优点，开关频率从满载到轻载会急剧增加，这将导致更大的功率损耗，包 括驱动、开关损耗、磁芯损耗等。此外，轻载时，LCC变换器的谐振腔中会有 更多的无功功率，因此LCC变换器的效率在轻载时急剧下降，更宽的开关频率 范围给高压变压器、驱动、控制等设计提出了更高的要求。

Burst模式广泛应用于DC-DC变换器，可以降低轻载时的开关频率，从而 提高转换器的效率；但是，对于LCC变换器，由于谐振腔的复杂动态特性，Burst 模式还未成功应用，如果没有对导通脉冲进行优化，则在变换器工作时中会产 生谐振电流和电压的过冲。更严重的是，在待机模式下，并联谐振电容C_p和变 压器的励磁电感之间会出现谐振，这种谐振不仅会降低LCC谐振变换器的效率， 还会导致变压器饱和；因此，如何优化工作模式下的导通脉冲，是将Burst模式 应用于LCC谐振转换器的关键。

针对传统控制方法的不足，有学者提出了最优状态轨迹控制(OptimalTrajectory Control，OTC)技术，对谐振变换器的谐振腔的电气参数进行控制，具 体地：通过建立以谐振变换器的内部运行机理为基础的数学模型，绘制出谐振 变换器各种工作模式的状态轨迹，通过控制谐振变换器在这些状态轨迹之间进 行切换，来实现各种控制目标；但是将状态轨迹控制应用于LCC变换器的Burst 模式仍需进一步研究，同时LCC变换器从启动模式切换到Burst模式也还需进 一步研究。

发明内容

鉴于上述，本发明提供了一种LCC谐振变换器轻载效率优化控制方法，能 够提升变换器的轻载效率，使得变换器在较窄的频率范围内即可实现全范围工 作；所提出的模式切换方法使得变换器在一个开关周期内完成从启动模式到 Burst模式切换，且切换过程中没有电流或电压应力。