一种隔离型双向CLLLC谐振变换器的控制方法

本发明涉及隔离型dc-dc变换器中的clllc谐振变换器控制技术，特别涉及一种隔离型双向clllc谐振变换器的控制方法。

背景技术：

1、在分布式发电和直流微网技术中，光伏、风力发电等可再生能源由于具有间歇性和不稳定的特点，需要由电池或超级电容器组成的储能系统来储存多余的能量。对于直流配电网的储能系统，需要一种容量大、输入电压增益范围宽的双向dc-dc变换器。

2、clllc谐振变换器在原llc的变压器副边增加一组lc器件，使变换器在正向或反向工作时，电路拓扑完全对称，变换器的正反向工作特性完全一致。而且还具有软开关范围较宽、功率密度较大、调压范围宽等优势，在高压、高频、大功率场合应用具有广阔的研究前景。

3、clllc变换器通常在变频控制(pulse frequency modulation，pfm)下，控制原理简单、软开关范围较宽，但是在电压增益范围需求较宽的场合，开关频率变化较大，使变换器的整体效率降低；而在单移相控制(single phase shift,sps)中，不改变开关频率仅对原副边移相角控制，但电压增益的调节范围较窄，且容易产生较大的回流功率。此外还有拓展移相控制(extended phase shift,eps)，将二次侧桥间的移相角也设置为控制量，能进一步优化环流、电流应力和效率等指标。dps动态性能良好，能显著减小变换器回流功率和开关管电流应力，提高变换器效率，但这种方法控制变量多，控制难度大，且电压增益范围窄。

技术实现思路

1、针对现有问题，本发明提出了一种隔离型双向clllc的控制方法，结合pfm和eps，对clllc变换器采用一种混合调制方式，在低增益条件下使用eps控制，在高增益条件下使用pfm控制，能有效提高系统增益范围，并且避免了系统在过谐振状态下整流管反向恢复的过程，进一步改善系统效率。

2、本发明通过以下技术方案予以实现：

3、一种隔离型双向clllc谐振变换器的控制方法，包括如下步骤：

4、步骤1，结合clllc谐振变换器的电路拓扑，将主电路按功能划分不同模块；

5、步骤2，基于基波近似法分析clllc谐振变换器在变频控制下的工作状态；

6、步骤3，基于基波近似法分析clllc谐振变换器在拓展移相控制下的工作状态；

7、步骤4，根据输入条件，区分为高增益条件或低增益条件，以此为切换点，选择变频控制或者拓展移相控制。

8、进一步，所述步骤1具体实现包括：

9、步骤1，所述clllc谐振变换器包括输入滤波电容、一次侧全桥电路、一次侧谐振腔、高频变压器、二次侧谐振腔、二次侧全桥电路、输出滤波电容；一次侧全桥电路由一次侧开关管s1、一次侧开关管s2、一次侧开关管s3和一次侧开关管s4组成，一次侧全桥电路连接一次侧谐振腔，一次侧谐振腔连接高频变压器原边；二次侧全桥由二次侧开关管s5、二次侧开关管s6、二次侧开关管s7和二次侧开关管s8组成，高频变压器副边连接二次侧谐振腔，二次侧谐振腔连接二次侧全桥，二次侧全桥连接输出滤波电容；一次侧谐振腔由谐振电容cr1、谐振电感lr1串联组成；二次侧谐振腔由谐振电容cr2、谐振电感lr2串联组成。

10、进一步，所述步骤2具体实现包括：

11、步骤2.1，变频控制下，一次侧开关管s2和一次侧开关管s4通过一对互补脉冲控制，占空比为50％，组成桥臂h1,开关频率等于谐振电容cr1和谐振电感lr1的串联谐振频率；

12、步骤2.2，一次侧开关管s1和一次侧开关管s3的开关脉冲通过输出电压反馈控制，原一次侧开关管s1和一次侧开关管s3开关脉冲的占空比互补,组成桥臂h2；

13、步骤2.3，通过对一次侧开关管s2和开关管s4一对变频互补脉冲控制，结合开关管s1和开关管s3的开关脉冲通过输出电压反馈控制，使得一次侧开关管s1、开关管s2、开关管s3和开关管s4工作在谐振频率点，开关频率等于谐振频率。

14、进一步，所述步骤3具体实现包括：

15、步骤3.1，拓展移相控制下，其特征在于：一次侧开关管s1和一次侧开关管s3通过一对互补脉冲控制，占空比为50％，组成桥臂h1；一次侧开关管s2和一次侧开关管s4通过一对互补脉冲控制，占空比为50％，组成桥臂h2且滞后于桥臂h1，移相角为α，开关频率等于谐振电容cr1和谐振电感lr1的串联谐振频率；

16、步骤3.2，二次侧开关管s5和二次侧开关管s7通过一对互补脉冲控制，占空比为50％，组成桥臂h3；二次侧开关管s6和二次侧开关管s8通过一对互补脉冲控制，占空比为50％，组成桥臂h4，桥臂h3和桥臂h4同相位，且滞后于桥臂h1，移相角为β；

17、步骤3.3，通过对移相角α和β的调节，使桥臂h1、桥臂h2、桥臂h3和桥臂h4工作在谐振频率点，开关频率等于谐振频率，通过输出电压反馈控制，使得clllc谐振变换器达到稳定输出。

18、进一步，所述步骤4具体实现包括：

19、步骤4，高增益或额定条件下使用变频控制，实现一次侧全桥零电压开通和二次侧全桥零电流关断；低增益条件下使用拓展移相控制，增加内外两个移相角α、β，其中内移相角α为一次侧全桥的两桥臂相位差，β为一次侧全桥和二次侧全桥的相位差，可以减小工作频率范围，实现软开关，提升效率。

20、与现有技术相比，本发明具有以下优点：

21、采用变频-拓展移相控制策略：高增益模式下采用变频控制，利用变频控制在欠谐振区间宽电压增益范围和高传输效率的特性；低增益模式下采用拓展移相控制，利用拓展移相控制工作频率固定、宽电压增益范围和低开关损耗的特性。

技术特征：

1.一种隔离型双向clllc谐振变换器的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1具体实现包括：

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2具体实现包括：

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3具体实现包括：

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤4具体实现包括：

技术总结
本发明公开了一种隔离型双向CLLLC谐振变换器的控制方法，属于隔离型DC‑DC变换器控制领域。所述CLLLC谐振变换器由一次侧全桥电路，一次侧谐振腔，二次侧全桥电路，二次侧谐振腔，高频变压器组成，谐振腔由串联LC组成。本发明采用一种混合调制方式，在低增益模式下使用拓展移相控制，在高增益模式下使用变频控制，能有效提高系统增益范围，并且避免了系统在过谐振状态下整流管反向恢复的过程，进一步改善系统效率，可以拓展变换器增益，缩短工作频率范围。

技术研发人员：郑宏,马强,许奕然,曹其超
受保护的技术使用者：江苏大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14