[发明专利]LCC谐振变换器时间移相控制的数字化实现系统及方法

说明书

本发明公开了一种LCC谐振变换器时间移相控制的数字化实现系统及方法，包括LCC谐振变换器、过零检测电路、数字控制器；LCC谐振变换器包括逆变全桥、LCC谐振腔电路、变压器以及整流电路，通过驱动逆变全桥的四个开关管来控制LCC谐振变换器的输出功率；过零检测电路负责检测谐振腔内谐振电流的过零点，为时间移相控制提供时基信号；数字控制器基于之前过零检测信号，实现对LCC谐振变换器的时间移相控制。本发明改善了LCC谐振变换器的动态响应速度，同时针对其应用于大功率场合的情况，在实现宽负载范围软开关的前提下，也允许LCC谐振变换器拥有更高的输入电压纹波抑制，提高了LCC谐振变换器的稳态性能与效率。

技术领域

本发明属于电力电子变换器领域，特别是一种LCC谐振变换器时间移相控制的数字化实现系统及方法。

背景技术

随着近些年电力电子技术以及半导体技术的快速发展，电力电子变换器的应用场合也的越来越宽广，变换器的电压输出等级也不断地提高，高压直流电源也在静电除尘、X光机、核磁共振、高能物理实验等各个场合有着广泛的应用。

目前高压直流电源除了在电压输出等级上有着较高的要求，也对电源的功率密度、体积、效率等指标提出了相关的标准。为了提高电源的性能，谐振变换器因为其无需辅助电路就可以实现宽负载范围软开关的优点受到了学术界与工业界的广泛关注。其中LCC谐振变换器因为其更宽的输出电压范围，以及能够利用高压变压器寄生参数参与谐振的特性，被广泛的应用于高压直流电源当中。

对于LCC谐振变换器的主流控制方法主要分为直接变频控制和移相控制，其中移相控制难以获得较高的电压增益，同时在轻载的时候，滞后桥臂很容易丢失零电压开通条件(ZVS)；变频控制虽然可以获得较宽的输出增益，但是因为LCC谐振变换器存在低频极点，表现为多极点的高阶系统，难以设计控制器，而且较宽的频率变化范围也会使得磁性元件难以设计。

发明内容

本发明的目的在于提供一种LCC谐振变换器时间移相控制的数字化实现系统及方法，优化变频模式下LCC谐振变换器的控制器设计，提高变换器的动态响应速度，通过检测谐振电流过零点，引入电流内环，消除LCC谐振变换器存在的低频极点，使其中低频段近似为一阶系统，进一步提高变换器的带宽。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种LCC谐振变换器时间移相控制的数字化实现系统，包括LCC谐振变换器、过零检测电路ZCD、数字控制器，其中：

LCC谐振变换器为主功率电路，包括逆变全桥、LCC谐振腔电路、高压变压器以及整流电路，其中高压变压器的寄生参数被折算到谐振腔电路内的谐振电容与谐振电感当中，通过控制逆变全桥四个开关管Q1～Q4的开关实现功率变换，其中同一桥臂上的开关管不会同时开通，即Q1与Q2互补导通，Q3与Q4互补导通；

过零检测电路ZCD，用于检测谐振腔电路内谐振电流iLr的正反向过零点，输出ZCD同步信号，为后续数字控制器实现时间移相控制策略提供时间基准；

数字控制器，用于实现时间移相控制，并且通过PI控制算法，对输入误差信号进行调节，输出PWM波，通过TSC模块控制开关管Q1～Q4的开关时序。

进一步地，所述LCC谐振变换器的谐振腔电路由串联谐振电容Cr、串联谐振电感Lr以及并联谐振电容Cp组成，通过控制开关管Q1～Q4的开关实现输出侧功率的调节。

进一步地，所述数字控制器基于数字信号处理芯片，通过将输入的输出电压误差量和ZCD同步信号进行数字化处理，利用数字信号处理芯片进行运算，实现对应的时间移相控制。

进一步地，该系统通过对数字控制器的配置，一方面实现开环控制，给定周期寄存器固定的值，控制LCC谐振变换器的开关频率，从而实现LCC谐振变换器的功率变换，另一方面也实现闭环控制，将基准电压Vref与LCC谐振变换器实际输出电压Vo比较获得的误差信号作为周期寄存器值输入数字控制器，通过PI控制算法对LCC谐振变换器的输出进行无静差调节，从而实现变换器的功率变换。