[發(fā)明專利]一種基于自適應(yīng)混合整流多開關(guān)諧振LLC變換器的控制方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210019894.3
• 申請日: 2022-01-10
• 公開（公告）號: CN114337344A
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 潘健;郭泓展;邵冰;張恢鑒;石迪;宋豪杰;李子修;易深華
• 申請（專利權(quán)）人: 湖北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: H02M7/521
• 分類號: H02M7/521;H02M1/08;H02M7/162;H02M1/12;H02M1/14
• 代理公司: 武漢科皓知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 薛玲

1.一種基于自適應(yīng)混合整流多開關(guān)諧振LLC變換器的控制方法，其特征在于，

所述自適應(yīng)混合整流多開關(guān)諧振LLC變換器，包括：電容單元(Ⅰ)、逆變網(wǎng)絡(luò)(Ⅱ)、諧振網(wǎng)絡(luò)(Ⅲ)、高頻變壓器(Ⅳ)、整流網(wǎng)絡(luò)(Ⅴ)、脈沖信號發(fā)生單元(Ⅵ)；

所述電容單元(Ⅰ)包含直流輸入電源U_in、第一輸入電容C_in1、第二輸入電容C_in2；

所述逆變網(wǎng)絡(luò)(Ⅱ)包含第一開關(guān)管S₁、第二開關(guān)管S₂、第三開關(guān)管S₃、第四開關(guān)管S₄；

所述諧振網(wǎng)絡(luò)(Ⅲ)包含諧振電容C_r、諧振電感L_r、第一勵磁電感L_m1，第二勵磁電感L_m2；

所述高頻變壓器(Ⅳ)包含第一高頻變壓器T₁、第二高頻變壓器T₂；

所述整流網(wǎng)絡(luò)(Ⅴ)包含第一整流二極管D₁、第二整流二極管D₂、第三整流二極管D₃、第四整流二極管D₄，輔助第五開關(guān)管S₅，第一濾波電容C_O1、第二濾波電容C_O2，等效阻性負(fù)載R₀；

所述脈沖信號發(fā)生單元(Ⅵ)中，控制器的PWM輸出接口分別連接逆變網(wǎng)絡(luò)(Ⅱ)中的第一開關(guān)管S₁、第二開關(guān)管S₂、第三開關(guān)管S₃、第四開關(guān)管S₄和整流網(wǎng)絡(luò)(Ⅴ)中的輔助第五開關(guān)管S₅的門極；

所述電容單元(Ⅰ)的第一輸入電容C_in1與第二輸入電容C_in2串聯(lián)連接；所述第一輸入電容C_in1的正極連接直流輸入電源U_in的正極，第一輸入電容C_in1的負(fù)極連接第二電容的C_in2正極，第二電容的C_in2負(fù)極連接直流輸入電源U_in的負(fù)極；

其中，所述第一開關(guān)管S₁和所述第二開關(guān)管S₂首尾串聯(lián)，所述第一開關(guān)管S₁的漏極連接所述直流輸入電源U_in的正極，所述第二開關(guān)管S₂的漏極連接所述第一開關(guān)管S₁的源極，所述第二開關(guān)管S₂的源極連接所述直流輸入電源U_in的負(fù)極；所述第三開關(guān)管S₃和所述第四開關(guān)管S₄首尾串聯(lián)，所述第三開關(guān)管S₃的漏極連接所述第一開關(guān)管S₁的漏極，所述第四開關(guān)管S₄的漏極連接所述第三開關(guān)管S₃的源極，所述第四開關(guān)管S₄的源極連接所述第二開關(guān)管S₂的源極；

所述的諧振網(wǎng)絡(luò)(Ⅲ)上下對稱，諧振電感L_r、第一勵磁電感L_m1、第二勵磁電感L_m2三者具有同一節(jié)點；

所述諧振電容Cr的左端連接所述第三開關(guān)管S3、所述第四開關(guān)管S4的串聯(lián)公共端，諧振電容Cr的右端與所述諧振電感Lr串聯(lián)后與分別與所述第一勵磁電感L_m1和所述第二勵磁電感L_m2連接，所述第一勵磁電感L_m1另一端與所述第一開關(guān)管S1、所述第二開關(guān)管S2的串聯(lián)公共端相連，所述第二勵磁電感L_m2另一端與所述第一輸入電容C_in1與所述第二輸入電容C_in2的串聯(lián)公共端相連；

所述第一勵磁電感L_m1與所述第一高頻變壓器T₁的一次側(cè)繞組并聯(lián)，所述第二勵磁電感L_m2與所述第二高頻變壓器T₂的一次側(cè)繞組并聯(lián)；

所述第一勵磁電感L_m1等于所述第二勵磁電感L_m2；

所述第一整流二極管D₁的正極與所述第二整流二極管D₂的負(fù)極串聯(lián)連接，所述第三整流二極管D₃的正極與所述第四整流二極管D₄的負(fù)極串聯(lián)連接，所述第一整流二極管D₁的負(fù)極連接所述第三整流二極管D₃的負(fù)極，所述第二整流二極管D₂的正極連接所述第四整流二極管D₄的正極；所述第一整流二極管D₁負(fù)極與所述第三整流二極管D₃負(fù)極的公共端連接所述第一濾波電容C_O1的正極，所述第二整流二極管D₂正極與所述第四整流二極管D₄正極的公共端連接所述濾波電容C_O2的負(fù)極；所述第一濾波電容C_O1負(fù)極與所述第二濾波電容C_O2正極串聯(lián)；所述等效阻性負(fù)載R₀與第一濾波電容C_O1、第二濾波電容C_O2濾波電容構(gòu)成的串聯(lián)支路并聯(lián)；

所述第一高頻變壓器T₁一次側(cè)正極與所述第二高頻變壓器T₂一次側(cè)正極連接；所述第一高頻變壓器T₁二次側(cè)正極連接所述第一整流二極管D₁和所述第二整流二極管D₂的公共端，所述第一高頻變壓器T₁二次側(cè)負(fù)極與所述第二高頻變壓器T₂二次側(cè)正極串聯(lián)連接，其中，所述第二高頻變壓器T₂二次側(cè)負(fù)極連接所述第三整流二極管D₃、第四整流二極管D₄的公共端；

所述第一高頻變壓器T₁與所述第二高頻變壓器T₂的線圈匝數(shù)比相等；

所述輔助第五開關(guān)管S₅的源極連接所述第三整流二極管D₃正極與所述第四整流二極管D₄負(fù)極的公共端，所述輔助第五開關(guān)管S₅的漏極連接所述第一濾波電容C_O1負(fù)極、所述第二濾波電容C_O2正極的公共端；

所述控制方法下具體步驟如下：

所述脈沖信號發(fā)生單元(Ⅵ)分別向第一開關(guān)管S₁、第二開關(guān)管S₂、第三開關(guān)管S₃、第四開關(guān)管S₄的門極輸出占空比互補的脈沖信號，逆變網(wǎng)絡(luò)(Ⅱ)將直流輸入電壓逆變?yōu)榉讲妷海黄渲校谝婚_關(guān)管S₁、第二開關(guān)管S₂的工作時長固定為半個導(dǎo)通周期，第三開關(guān)管S₃在一個周期內(nèi)的工作時長，即占空比D，可變化范圍為0≤D≤D_max；具體步驟如下：

步驟一：所述脈沖信號發(fā)生單元(Ⅵ)給第一開關(guān)管S₁、第四開關(guān)管S₄門極施加高電平脈沖信號，第一開關(guān)管S₁、第四開關(guān)管S₄構(gòu)成全橋逆變電路且諧振網(wǎng)絡(luò)(Ⅲ)上半部分輸入電壓V_ab＝U_in，第二輸入電容C_in2、第四開關(guān)管S₄構(gòu)成半橋逆變電路且諧振網(wǎng)絡(luò)(Ⅲ)下半部分輸入電壓V_cb＝U_in/2；此時，所述脈沖信號發(fā)生單元(Ⅵ)施加在輔助第五開關(guān)管S₅門極的脈沖信號為低電平，整流電路(Ⅴ)工作在全橋整流模式和倍壓整流模式的混合狀態(tài)，將變壓器二次側(cè)傳遞的交流電轉(zhuǎn)化為直流電；

步驟二：所述脈沖信號發(fā)生單元(Ⅵ)給第二開關(guān)管S₂、第四開關(guān)管S₄門極施加高電平脈沖信號，諧振網(wǎng)絡(luò)(Ⅲ)上半部分輸入電壓V_ab＝0，第二輸入電容C_in2、第四開關(guān)管S₄構(gòu)成半橋逆變電路且諧振網(wǎng)絡(luò)(Ⅲ)下半部分輸入電壓V_cb＝U_in/2；此時，所述脈沖信號發(fā)生單元(Ⅵ)施加在輔助第五開關(guān)管S₅門極的脈沖信號仍為低電平，整流電路(Ⅴ)工作在全橋整流模式，將變壓器二次側(cè)傳遞的交流電轉(zhuǎn)化為直流電；

步驟三：所述脈沖信號發(fā)生單元(Ⅵ)給第二開關(guān)管S₂、第三開關(guān)管S₃門極施加高電平脈沖信號，第二開關(guān)管S₂、第三開關(guān)管S₃構(gòu)成全橋逆變電路且諧振網(wǎng)絡(luò)(Ⅲ)上半部分輸入電壓V_ab＝-U_in，第一輸入電容C_in1、第二開關(guān)管S₂構(gòu)成半橋逆變電路且諧振網(wǎng)絡(luò)(Ⅲ)下半部分輸入電壓V_cb＝-U_in/2；此時，所述脈沖信號發(fā)生單元(Ⅵ)施加在輔助第五開關(guān)管S₅門極的脈沖信號為高電平，整流電路(Ⅴ)工作在倍壓整流模式，將變壓器二次側(cè)傳遞的交流電轉(zhuǎn)化為直流電；

所述控制方法下，在原邊側(cè)控制中，通過改變第三開關(guān)管S₃在一個周期內(nèi)的工作時長，即占空比D，使所述第一開關(guān)管S₁、第二開關(guān)管S₂串聯(lián)支路與第三開關(guān)管S₃、第四開關(guān)管S₄串聯(lián)支路并聯(lián)構(gòu)成的全橋逆變電路由半橋逆變電路逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槿珮蚰孀冸娐罚龅谌_關(guān)管S₃、第四開關(guān)管S₄串聯(lián)支路與第一輸入電容C_in1、第二輸入電容C_in2串聯(lián)支路構(gòu)成的輔助半橋逆變電路由不接入逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榻尤胍粋€完整的半橋逆變電路，其中，0≤D≤D_max；配合輔助第五開關(guān)管S₅的控制實現(xiàn)整流網(wǎng)絡(luò)(Ⅴ)的自適應(yīng)整流，進而實現(xiàn)寬輸出電壓調(diào)節(jié)范圍。