[发明专利]一种能实现自然双向功率流的LLC变换器调制方法

摘要

本发明提供一种能实现自然双向功率流的LLC变换器调制方法。这种调制方法下高压侧和低压侧的脉冲宽度调制(PWM)信号完全一致，不需要方向的判断和模式的切换，实现了能量的自然双向流动，并且很好地减少了双向系统控制的复杂度，使系统的可靠性也得到改善。工作在这种调制方法下的LLC变换器可以实现恒定电压增益，其本质可以等效为一个直流变压器(DCX)。此外，该调制方法实现了一侧的零电压开关(ZVS)和另外一侧的零电流开关(ZCS)。

主权项

1.一种能实现自然双向功率流的LLC变换器调制方法，其特征在于，在双向电能传输时，双向全桥LLC变换器开关管的高压侧和低压侧驱动信号是相同的、工作完全同步，开关频率固定并且小于谐振频率，并保证开关占空比等于半个谐振周期，即：D＝T_r/2T_s其中T_s是开关周期，T_r是谐振周期，D是开关占空比；谐振电流在设计合理的情况下是完全断续(DCM)的，且谐振电流过零点固定不变。只讨论断续模式下的动作，在断续模式下，一旦公式D＝T_r/2T_s满足，电压比就取决于开关频率，同时，励磁电感也不参与到整个谐振周期当中，励磁电流仅仅用来实现软开关，所以正向运行和反向运行的工作模态是对称的；系统的开关动作模态如下：在t₀之前，所有的开关关断，谐振电容电压在它的最小值‑ΔV_Cr，谐振电流i_Lr是断续的，励磁电流i_Lm通过体二极管D₅和D₈；模态1[t₀，t₁]：在t₀时刻，开关管S₁,S₄,S₅和S₈打开，其中S₅和S₈零电压开通，电感L_r的谐振电流i_Lr有如下表达式：其中ω_r＝2πf_r，L_r是谐振电感，C_r是谐振电容，f_r是谐振频率，ΔV_Cr是谐振电容电压的峰值，n为变压器变比；i_Lm，i_Lr和i_Lr2之间的关系式可表示为：i_Lr2＝i_Lr‑i_Lm其中i_Lr2为LLC变换器上变压器高压侧的绕组电流，变压器的励磁电感被钳位在低压侧电压V_LV，因此励磁电流i_Lm可表示如下：模态2[t₁，t₂]：在t₁时刻，i_Lr等价于i_Lm，开关管S₅和S₈在此刻仍然是导通的，励磁电感L_m始终被低压侧电压钳位，因此，L_m并不参与谐振；在i_Lr2为反向电流时，i_Lm，i_Lr和i_Lr2之间的关系式可表示为：在t₂时刻，谐振电流i_Lr减少到0，开关管S₁,S₄,S₅和S₈关闭，其中S₁和S₄零电流关断；模态3[t₂，t₃]：在这个模态中，i_Lr为0，谐振电容电压保持在励磁电流i_Lm通过低压侧的体二极管D₆，D₇续流，和之间的关系式可表示为：在1/4谐振周期中从0变化到谐振电容电压的峰值可表示为：其中P代表变换器的传输功率，f_s代表开关频率，V_HV代表高压侧输入电压，在t₃时刻之后，变换器将工作在一个新的工作周期。