[发明专利]一种基于简化数值模型的LLC变换器软启动参数优化方法

说明书

本发明一种基于简化数值模型的LLC变换器软启动参数优化方法，包括采样LLC变换器的输入电压，根据开关器件电流应力设置启动过程最大过冲电流I_{r_peak}，根据软开关条件设置启动过程最小软开关电流I_{r_zvs}，将其作为参数迭代初始条件，其次根据四种模态下简化电路模型，通过迭代得到启动时刻各模态持续时间与瞬时谐振电容电压和谐振电流，以此确定自适应启动频率。再次根据LLC变换器发生振荡的条件判断系统稳定性，若满足振荡条件，则得到此时的启动频率；若不满足震荡条件，则逐渐增加I_{r_peak}，同时降低I_{r_zvs}，重新进行迭代计算，直到满足振荡条件，得到启动频率，最后输出初始启动频率与初始占空比，并以此参数进行软启动。

技术领域

本发明属于电子电力技术领域，涉及一种基于简化数值模型的LLC变换器软启动参数优化方法。

背景技术

LLC谐振变换器由于其高开关频率、高效率、高功率密度的特点，在电力行业中受到广泛应用。相比于传统的移相全桥变换器，LLC变换器通常工作在谐振频率附近，通过改变开关频率来控制输出电压，不需要考虑功率回流的问题，且原副边的开关管能自然实现软开关，大大提高了变换器性能。

LLC谐振变换器的电路模型由基波等效法得到，稳态工作时直流增益通过开关频率调节。但是在启动过程中，由于初始输出电压为零，谐振电容上没有电荷，因而谐振腔内没有能量，由于基波等效模型只适用于稳态时谐振腔内有能量的情况，因而无法准确描述启动时的电路状态。如果启动频率仍为稳态工作时的开关频率，则在启动时刻谐振电流会出现较大的电流过冲，可能会触发保护，影响变换器正常工作，严重时甚至损坏开关器件。因此，需要在LLC变换器启动时增加软启动控制，以减小启动电流带来的冲击。

传统的软启动采用高频控制，以数倍开关频率作为启动频率，然后逐渐降低开关频率，直到输出电压建立，系统达到稳态。但若要大幅度地减小电流过冲，需要极高的开关频率，这对控制器提出了更高的要求。同时开关频率过高也会带来问题，前几个开关周期系统易进入容性区，使软开关无法实现。为了克服高频启动的缺陷，有学者提出了变占空比高频启动控制策略，但是占空比的变化范围和软开关性能受到启动频率的制约，计算较为繁琐，判断条件比较复杂。还有学者提出了最优启动轨迹控制策略，使LLC变换器在软启动过程中承受最小电流应力，但是控制方式非常复杂，不易用低成本的控制器实现。因此，需要研究一种理论计算较为简单，易实现，同时保证软启动性能的LLC变换器软启动控制策略。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于简化数值模型的LLC变换器软启动参数优化方法，解决了现有LLC变换器软启动方法中参数计算过程复杂的问题，并可以得到较好的软启动效果。

本发明所采用的技术方案是，一种基于简化数值模型的LLC变换器软启动参数优化方法，包括采样LLC变换器的输入电压V_in，设置启动过程最大过冲电流I_{r_peak}和最小软开关电流I_{r_zvs}，将V_in、I_{r_peak}和I_{r_zvs}作为初始条件，将一个开关周期的工作状态细分为四个模态，迭代计算四个模态各自的持续时间、结束时的谐振电容电压和谐振电流，根据前三个模态的持续时间计算初始启动频率f_{s_initial}，根据模态4持续时间T₄判断系统稳定性，若T₄≤1/(4f_{s_initial})，表明系统不会发生振荡，则以f_{s_initial}作为启动频率，以T₁·f_{s_initial}作为初始占空比，T₁为模态1的持续时间，在进入第二个周期之后使占空比回到50％；若T₄1/(4f_{s_initial})，表明系统会发生振荡，重新设置I_{r_peak}和I_{r_zvs}进行迭代计算，直到系统不会发生振荡。