[发明专利]一种LLC谐振变换器预测电荷控制方法

权利要求书

1.一种LLC谐振变换器预测电荷控制方法，所述LLC谐振变换器包括输入直流电源、初级侧全桥逆变电路、谐振腔、变压器、次级侧全桥整流电路和输出滤波电路，所述输入直流电源、初级侧全桥逆变电路和谐振腔依次连接，所述谐振腔连接于变压器的初级侧，所述变压器的次级侧通过次级侧全桥整流电路与输出滤波电路连接；所述初级侧全桥逆变电路包括四个开关管Q₁、Q₂、Q₃、Q₄，开关管Q₁、Q₃组成一对桥臂，开关管Q₂、Q₄组成另一对桥臂，所述初级侧全桥逆变电路的两对桥臂并联于输入直流电源；所述谐振腔由谐振电感、励磁电感和谐振电容串联而成，所述次级侧全桥整流电路包括四个二极管D₁、D₂、D₃、D₄，二极管D₁、D₃组成一对桥臂，二极管D₂、D₄组成另一对桥臂，所述次级侧全桥整流电路的两对桥臂并联于输出滤波电路，所述输出滤波电路由输出滤波电容和负载电阻并联而成；其特征在于，所述方法是通过预测的两个谐振电容电压阈值V_H、V_L调节触发脉冲宽度，从而控制LLC谐振变换器中每个周期的输入电荷量，进而在不牺牲稳态性能的同时加速动态响应，其中V_H＞V_L，其包括以下步骤：

步骤1：实时采样输入直流电源的输入电压V_in、谐振电容电压V_Cr及LLC谐振变换器的输出电压V_o与输出电流I_o；

步骤2：设定参考电压V^*，基于离散预测模型与上述所采样的数据，预测下一时刻输出电压V_o达到参考电压V^*时所需的谐振电容电压阈值V_H、V_L，用于控制LLC谐振变换器的输入电荷量；

所述离散预测模型是基于电荷控制思想构建的以下数学表达式：

电荷控制一个周期内输入电荷Q_in为：

Q_in＝2C_r(V_H-V_L)+4C_pV_in

其中，C_r为谐振电容值，C_p为开关管结电容等效值，V_in为输入电压，V_H与V_L为谐振电容电压阈值，V_H＝-V_L；

由输入电荷Q_in与开关频率f_s得输入电流I_in为：

I_in＝Q_inf_s＝4C_rV_Hf_s+4C_pV_inf_s

由输入电压V_in与输入电流I_in得到输入功率P_in为：

假设LLC谐振变换器的效率为100％，则输入功率等于输出功率，由输出电压V_o得LLC谐振变换器的次级侧平均电流i_sec为：

由输出端电路与次级侧平均电流i_sec得方程：

采用欧拉前向法对上式进行离散化处理：

从而得到预测下一时刻的输出电压值V_o(k+1)：

其中，C_o为输出滤波电容值，f_s为开关频率，T_s为采样周期，V_in(k)表示采样时刻的输入电压值，I_o(k)为采样时刻的输出电流值，V_o(k)表示采样时刻的输出电压值，V_o(k+1)为预测下一时刻的输出电压值；

将参考电压值V^*赋值下一时刻的输出电压V_o(k+1)，且令采样频率为开关频率，从而求得谐振电容电压阈值V_H与V_L：

步骤3：将谐振电容电压V_Cr与两个谐振电容电压阈值V_H、V_L作比较，当谐振电容电压V_Cr大于谐振电容电压阈值V_H时，则关断开关管Q₁和Q₄并导通Q₂和Q₃，使得谐振腔输入电压为负值，从而降低谐振电容电压V_Cr；当谐振电容电压V_Cr小于谐振电容电压阈值V_L时，则关断开关管Q₂和Q₃并导通Q₁和Q₄，使得谐振腔输入电压为正值，从而增大谐振电容电压V_Cr；而其余时刻开关管则保持原来开关状态。

2.根据权利要求1所述的一种LLC谐振变换器预测电荷控制方法，其特征在于，在步骤3中，将谐振电容电压V_Cr与谐振电容电压阈值V_H、V_L分别连接于比较器，随后再将比较器连接于SR锁存器；当谐振电容电压V_Cr大于谐振电容电压阈值V_H时，两个比较器分别输出1和0，再经SR锁存器后输出脉冲，从而关断开关管Q₁和Q₄并导通Q₂和Q₃，使得谐振腔输入电压为负值；当谐振电容电压V_Cr小于谐振电容电压阈值V_L时，关断开关管Q₂和Q₃并导通Q₁和Q₄，使得谐振腔输入电压为正值；当谐振电容电压V_Cr处于谐振电容电压阈值V_H与V_L之间时，比较器输出均为0，SR锁存器保持原有状态不变，即保持开关管状态不变。