[发明专利]一种LLC谐振变换器预测电荷控制方法

说明书

本发明公开了一种LLC谐振变换器预测电荷控制方法，通过预测谐振电容电压阈值调节触发脉冲宽度，进而在不牺牲稳态性能的同时加速动态响应。电荷控制利用谐振电容电压作为负反馈，根据每个周期内变换器输入电荷量控制开关管的导通与关断，从而达到调节输出电压的目的。本发明基于离散预测模型预测出下一时刻开关管动作时的谐振电容电压阈值V_H和V_L，当谐振电容电压V_Cr大于V_H则关断相应开关管Q₁和Q₄并导通Q₂和Q₃，当谐振电容电压V_Cr低于V_L则关断相应开关管Q₁和Q₄并导通Q₂和Q₃。本发明方法实现方便简单，在各种工况下都具有优良的动态特性，可在一个周期内强制谐振腔进入稳定状态并且不影响系统的稳态性能。

技术领域

本发明涉及LLC谐振变换器控制的技术领域，尤其是指一种LLC谐振变换器预测电荷控制方法。

背景技术

LLC谐振变换器由于其高频、高功率密度、高效率、开关应力小等优点，广泛应用于蓄电池充电器、电动汽车、不间断电源、可再生能源、储能系统与航空电力系统等领域。

传统LLC谐振变换器控制方法为脉冲频率调制。为改善LLC谐振变换器动态性能提出的控制方法有：平均电流模式控制、滑模控制、最优轨迹控制。基于LLC谐振变换器的平均电流模式控制在谐振电流检测电路中加入低通滤波器从而获得其平均电流值，其在不同的输入电压下保持较好的动态性能。基于LLC谐振变换器的滑模控制能够实现快速的动态响应，但其牺牲了系统的稳态性能，即引入稳态误差与增大输出电压纹波。基于状态平面分析的最优轨迹控制可以为LLC谐振变换器提供良好的动态特性，然而其轨迹控制由于状态变量的增加和运行方式的变化而变得相当复杂。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出了一种LLC谐振变换器预测电荷控制方法，通过预测谐振电容电压阈值调节触发脉冲宽度，其实现方便简单，在各种工况下都具有非常快的动态响应，可在短时间内(一个周期内)强制谐振腔进入稳定状态并且不影响系统的稳态性能，提供良好的动态特性与稳态性能，预测控制由于其动态响应快、鲁棒性强以及易于添加约束条件等优势，因此可结合电荷控制从而进一步改善LLC谐振变换器的动态性能。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：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；

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：