[發明專利]一種LCC諧振變換器輕載效率優化控制方法

有效

• 申請號: 202010049073.5
• 申請日: 2020-01-16
• 公開（公告）號: CN111293889B
• 公開（公告）日: 2021-05-25
• 發明（設計）人: 陳國柱;伍梁;趙鈞;孫曉瑋
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 王琛

本發明公開了一種LCC諧振變換器輕載效率優化控制方法，包括如下步驟：(1)通過控制LCC變換器在輕載時進入Burst模式，在工作狀態和待機狀態之間不斷切換，提升系統效率；(2)通過狀態軌跡控制實現LCC變換器在工作狀態的最優化，并且在待機狀態下消除諧振，避免變壓器飽和；(3)提出LCC變換器從啟動模式切換到Burst模式的控制方法，可以在一個開關周期內完成模式切換，且切換過程中沒有電流或電壓應力。本發明能夠提升變換器的輕載效率，使得變換器在較窄的頻率范圍內即可實現全范圍工作，變換器在一個開關周期內完成從啟動模式到Burst模式切換，且切換過程中沒有電流或電壓應力。

技術領域

本發明屬于電力電子技術領域，具體涉及一種LCC諧振變換器輕載效率優 化控制方法。

背景技術

近年來，高壓直流電源廣泛應用于加速器、靜電除塵、醫療X光電源等領 域，LCC諧振變換器以其能夠利用變壓器的寄生參數和軟開關的優勢，在高壓 直流電源領域獲得廣泛采用；利用其軟開關特性，開關頻率可以進一步提高， 實現高效率和高功率密度。因此，在高輸出電壓隔離式DC-DC電源中，LCC諧 振變換器已成為首選。

如圖1所示，LCC諧振變換器采用H橋作為功率轉換的基本單元，H橋由 4個開關管Q₁、Q₂、Q₃和Q₄構成，諧振腔由諧振電感L_r、串聯諧振電容C_r和 并聯諧振電容C_p組成，輸入和輸出通過變壓器進行隔離，輸出整流橋由4個二 極管D₁、D₂、D₃和D₄組成，輸出采用電容C_o進行濾波，提供波動小、穩定的 輸出電壓。變換器的輸入電壓為V_in，輸出電壓為V_o，變壓器的變比為n，流過 諧振電感L_r的電流為i_Lr，電容C_r的電壓為v_Cr，電容C_p的電壓為v_Cp。

由于LCC諧振變換器的諧振腔增益依賴于開關頻率，因此通常通過調節開 關頻率來實現輸出電壓控制；盡管LCC諧振變換器結合了串聯和并聯諧振變換 器的優點，開關頻率從滿載到輕載會急劇增加，這將導致更大的功率損耗，包 括驅動、開關損耗、磁芯損耗等。此外，輕載時，LCC變換器的諧振腔中會有 更多的無功功率，因此LCC變換器的效率在輕載時急劇下降，更寬的開關頻率 范圍給高壓變壓器、驅動、控制等設計提出了更高的要求。

Burst模式廣泛應用于DC-DC變換器，可以降低輕載時的開關頻率，從而 提高轉換器的效率；但是，對于LCC變換器，由于諧振腔的復雜動態特性，Burst 模式還未成功應用，如果沒有對導通脈沖進行優化，則在變換器工作時中會產 生諧振電流和電壓的過沖。更嚴重的是，在待機模式下，并聯諧振電容C_p和變 壓器的勵磁電感之間會出現諧振，這種諧振不僅會降低LCC諧振變換器的效率， 還會導致變壓器飽和；因此，如何優化工作模式下的導通脈沖，是將Burst模式 應用于LCC諧振轉換器的關鍵。

針對傳統控制方法的不足，有學者提出了最優狀態軌跡控制(OptimalTrajectory Control，OTC)技術，對諧振變換器的諧振腔的電氣參數進行控制，具 體地：通過建立以諧振變換器的內部運行機理為基礎的數學模型，繪制出諧振 變換器各種工作模式的狀態軌跡，通過控制諧振變換器在這些狀態軌跡之間進 行切換，來實現各種控制目標；但是將狀態軌跡控制應用于LCC變換器的Burst 模式仍需進一步研究，同時LCC變換器從啟動模式切換到Burst模式也還需進 一步研究。

發明內容

鑒于上述，本發明提供了一種LCC諧振變換器輕載效率優化控制方法，能 夠提升變換器的輕載效率，使得變換器在較窄的頻率范圍內即可實現全范圍工 作；所提出的模式切換方法使得變換器在一個開關周期內完成從啟動模式到 Burst模式切換，且切換過程中沒有電流或電壓應力。