本發(fā)明涉及電路領(lǐng)域，尤指一種llc變換器的均流控制技巧。
背景技術(shù)：
交錯(cuò)并聯(lián)技術(shù)才能有效的減少輸出雜訊，進(jìn)而降低輸出電容，提升變換器的功率密度。交錯(cuò)并聯(lián)llc變換器就是將n相l(xiāng)lc變換器在同一開關(guān)頻度下并聯(lián)運(yùn)行，其開關(guān)訊號(hào)相位相差(180/n)°。
llc諧振電路由多個(gè)無(wú)源元件組成，很難保證參數(shù)的一致性。在同一頻度下工作時(shí)，不同變換器之間增益不同，會(huì)引起電壓不均衡的現(xiàn)象。據(jù)悉，隨著不均流狀態(tài)的持續(xù)，各相變換器之間會(huì)出現(xiàn)體溫不平衡，進(jìn)一步激化電壓不均的現(xiàn)象。均流問(wèn)題對(duì)于多相l(xiāng)lc交錯(cuò)并聯(lián)來(lái)說(shuō)非常重要。因?yàn)閘lc變換器為脈沖頻度調(diào)制(pfm)，所以當(dāng)多相交錯(cuò)并聯(lián)時(shí)，每相l(xiāng)lc的運(yùn)行頻度一致，引起其不能采用傳統(tǒng)的均流控制方式來(lái)完成均流。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，解決llc變換器交錯(cuò)并聯(lián)時(shí)電壓不均衡的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種多相交錯(cuò)并聯(lián)llc變換器的均流控制方式。因?yàn)閘lc變換器為脈沖頻度調(diào)制(pfm)，其增益與開關(guān)頻度相關(guān)電感器串聯(lián)和并聯(lián)公式，而當(dāng)兩個(gè)或多個(gè)llc變換器交錯(cuò)并聯(lián)時(shí)，其開關(guān)頻度一致，而又由于諧振器件等磁性器件很難保證完全一致，則并聯(lián)系統(tǒng)中的各個(gè)llc變換器的增益必然不相等，所以在兩相或多相l(xiāng)lc變換器交錯(cuò)并聯(lián)時(shí)，則會(huì)形成電壓不均衡的問(wèn)題出現(xiàn)。本發(fā)明在原有的脈沖頻度調(diào)制(pfm)的基礎(chǔ)下，加入零矢量注入的控制方法，改變輸入到諧振腔的端口電流，因而在變換器交錯(cuò)并聯(lián)的狀態(tài)下，調(diào)整不同變換器的增益，從而填補(bǔ)由于器件偏差所導(dǎo)致的llc變換器之間的增益偏差，且不會(huì)喪失llc變換器軟開關(guān)的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明適用于輸入端串聯(lián)或則并聯(lián)，輸出端并聯(lián)的多相全橋llc電路，后級(jí)檢波電路可為任意拓?fù)洌呛蠹?jí)檢波電路的控制方式可以為不控檢波或則同步檢波。
本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案的實(shí)現(xiàn)步驟為：
步驟1：設(shè)計(jì)llc電路，輸入電流為vin，經(jīng)過(guò)全橋逆變橋后，步入諧振腔并經(jīng)過(guò)變壓器變壓，變壓后的電流經(jīng)過(guò)全橋檢波橋輸出，其中，檢波橋的實(shí)際負(fù)載為rl，諧振腔的諧振電容為cr，電容cr串聯(lián)諧振電感l(wèi)r，并聯(lián)電感為電樞電感l(wèi)m，確定關(guān)鍵參數(shù)變壓器鐵損，諧振電容，諧振電感和電樞電感，功放逆變橋與后級(jí)檢波橋均為全橋結(jié)構(gòu)的llc電路，當(dāng)參數(shù)設(shè)計(jì)完成后，llc電路的諧振增益急劇確定且不能改變，將多個(gè)llc電路進(jìn)行并聯(lián)，組成llc電路并聯(lián)系統(tǒng)，且llc電路的輸入端為串聯(lián)或并聯(lián)，輸出端為并聯(lián)；
步驟2：對(duì)于輸入端串聯(lián)或則并聯(lián)輸出端并聯(lián)的llc電路，使每相的mos管開關(guān)訊號(hào)相位相差(180/n)°，其中n為并聯(lián)系統(tǒng)中l(wèi)lc電路的個(gè)數(shù)，此即為交錯(cuò)并聯(lián)；在每位開關(guān)周期對(duì)每相l(xiāng)lc電路的諧振電壓的峰值進(jìn)行取樣，表示為llc電路并聯(lián)系統(tǒng)諧振電壓的平均值，iri為第i相的諧振電壓峰值的取樣值，eri為第i相與并聯(lián)系統(tǒng)的諧振電壓平均值的偏差：
γi定義為第i相l(xiāng)lc變換器的零矢量因子，調(diào)節(jié)第i相增益所注入的零矢量時(shí)間為t＝γits，其中ts為llc變換器的開關(guān)頻度；定義gac為llc變換器的諧振腔增益：
式(3)中k為電樞電感與諧振電感的比值，k＝lm/lr，q為品質(zhì)質(zhì)數(shù)rac為等效負(fù)載，rac＝8n2rl/π2，其中n為變壓器的鐵損，rl為實(shí)際負(fù)載；fx＝fs/fr，fs為開關(guān)頻度，fr為諧振頻度，
定義gt為單個(gè)llc變換器的整體增益，γi與llc電路的整體增益公式為：
其中n為變壓器的鐵損；
步驟3：當(dāng)llc并聯(lián)系統(tǒng)中參數(shù)設(shè)計(jì)完成后，當(dāng)測(cè)量到第i相的諧振電壓小于并聯(lián)系統(tǒng)的諧振電壓的平均值時(shí)，即eri≠0時(shí)，則通過(guò)pi控制器的調(diào)節(jié)，將第i相變換器的零矢量的長(zhǎng)度降低，進(jìn)而降低其電壓值，直到eri＝0，此時(shí)第i相l(xiāng)lc電路的諧振電壓等于llc并聯(lián)系統(tǒng)諧振電壓的平均值；llc并聯(lián)系統(tǒng)中的每一相l(xiāng)lc電路均進(jìn)行控制，當(dāng)llc并聯(lián)系統(tǒng)的每一相的偏差eri＝0時(shí)，每一相的諧振電壓都與llc并聯(lián)系統(tǒng)的諧振電壓平均值相等，即完成了均流控制；
所述步驟1到步驟3中，用于參與均流控制的諧振電壓亦可換作檢波橋的輸出電壓，其控制方式與諧振電壓一致；在每位開關(guān)周期對(duì)每一相l(xiāng)lc變換器的檢波橋輸出電壓的峰值進(jìn)行取樣，表示為llc并聯(lián)系統(tǒng)檢波橋輸出電壓的平均值，ioi為第i相的檢波橋輸出電壓峰值的取樣值，eoi為第i相檢波橋輸出電壓與并聯(lián)系統(tǒng)的檢波橋輸出電壓平均值的偏差：
當(dāng)測(cè)量到第i相的檢波橋輸出電壓小于并聯(lián)系統(tǒng)的檢波橋輸出電壓的平均值時(shí)，即eoi≠0時(shí)，則通過(guò)pi控制器的調(diào)節(jié)，調(diào)整第i相的開關(guān)訊號(hào)改變第i相的零矢量長(zhǎng)度，進(jìn)而降低第i相電壓值，直到eoi＝0，此時(shí)第i相的檢波橋輸出電壓等于并聯(lián)系統(tǒng)諧振電壓的平均值；llc并聯(lián)系統(tǒng)中的每一相l(xiāng)lc變電路都進(jìn)行控制，當(dāng)系統(tǒng)每一相的偏差eoi＝0時(shí)，每一相的檢波橋輸出電壓都與并聯(lián)系統(tǒng)的檢波橋輸出電壓平均值相等，即完成了均流控制。
本發(fā)明的有益療效在于：
(1)本發(fā)明的均流控制方式在不改變llc變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的條件下完成均流，不添加多余的硬件，不降低并聯(lián)系統(tǒng)成本。
(2)本發(fā)明的均流控制方式不會(huì)使llc變換器喪失軟開關(guān)，即保證了均流，又保證了變換器的效率。
(3)可用在交錯(cuò)并聯(lián)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)均流的同時(shí)也降低系統(tǒng)輸出雜訊，提升系統(tǒng)容量。
(4)系統(tǒng)的均流控制可以按照并聯(lián)狀態(tài)實(shí)時(shí)調(diào)整，某相出故障時(shí)可借助軟件關(guān)掉該相，不影響整個(gè)并聯(lián)系統(tǒng)的正常工作。
附圖說(shuō)明
圖1為本發(fā)明llc變換器的拓?fù)浣Y(jié)布光。
圖2為本發(fā)明的控制原理圖。
圖3為本發(fā)明未注入零矢量時(shí)諧振腔的輸入電流。
圖4為本發(fā)明中注入零矢量后諧振腔的輸入電流。
圖5為本發(fā)明零矢量注入方式的示意圖。
圖6為本發(fā)明輸入及輸出端均并聯(lián)的電路結(jié)布光。
圖7為本發(fā)明輸入串聯(lián)輸出并聯(lián)的電路結(jié)布光。
具體施行方法
下邊結(jié)合附圖和施行例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。
本發(fā)明提出了一種新型的均流控制方式，才能在llc變換器交錯(cuò)并聯(lián)的前提下完成均流，而且不添加額外的硬件或則改變電路結(jié)構(gòu)，不降低系統(tǒng)成本，但是在實(shí)現(xiàn)均流的同時(shí)還能不遺失llc變換器軟開關(guān)的優(yōu)點(diǎn)。
因?yàn)殡姼小㈦娙菀约白儔浩鞯绕骷豢煞乐沟钠睿瑫?huì)造成并聯(lián)系統(tǒng)中單獨(dú)相l(xiāng)lc變換器之間的增益不同，因而形成電壓不均等的問(wèn)題。為了補(bǔ)償增益的差別，本發(fā)明中提出了零矢量注入的方式，通過(guò)向諧振腔的輸入電流uab中注入零矢量，因而調(diào)整變換器的整體增益以實(shí)現(xiàn)均流。
本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)步驟為：
步驟1：設(shè)計(jì)llc電路，輸入電流為vin，經(jīng)過(guò)全橋逆變橋后，步入諧振腔并經(jīng)過(guò)變壓器變壓，變壓后的電流經(jīng)過(guò)全橋檢波橋輸出，其中，檢波橋的實(shí)際負(fù)載為rl，諧振腔的諧振電容為cr，電容cr串聯(lián)諧振電感l(wèi)r，并聯(lián)電感為電樞電感l(wèi)m，確定關(guān)鍵參數(shù)變壓器鐵損，諧振電容，諧振電感和電樞電感，如圖1所示，功放逆變橋與后級(jí)檢波橋均為全橋結(jié)構(gòu)的llc電路，當(dāng)參數(shù)設(shè)計(jì)完成后，llc電路的諧振增益急劇確定且不能改變，除非重新設(shè)計(jì)，將多個(gè)llc電路進(jìn)行并聯(lián)，組成llc電路并聯(lián)系統(tǒng)，且llc電路的輸入端為串聯(lián)或并聯(lián)，輸出端為并聯(lián)，如圖6、7所示。
步驟2：對(duì)于輸入端串聯(lián)或則并聯(lián)輸出端并聯(lián)的llc電路，使每相的mos管開關(guān)訊號(hào)相位相差(180/n)°，其中n為并聯(lián)系統(tǒng)中l(wèi)lc電路的個(gè)數(shù)，此即為交錯(cuò)并聯(lián)；在每位開關(guān)周期對(duì)每相l(xiāng)lc電路的諧振電壓的峰值進(jìn)行取樣，表示為llc電路并聯(lián)系統(tǒng)諧振電壓的平均值，iri為第i相的諧振電壓峰值的取樣值，eri為第i相與并聯(lián)系統(tǒng)的諧振電壓平均值的偏差：
γi定義為第i相l(xiāng)lc變換器的零矢量因子，調(diào)節(jié)第i相增益所注入的零矢量時(shí)間為t＝γits，其中ts為llc變換器的開關(guān)頻度；定義gac為llc變換器的諧振腔增益：
式(3)中k為電樞電感與諧振電感的比值，k＝lm/lr，q為品質(zhì)質(zhì)數(shù)rac為等效負(fù)載，rac＝8n2rl/π2，其中n為變壓器的鐵損，rl為實(shí)際負(fù)載；fx＝fs/fr，fs為開關(guān)頻度，fr為諧振頻度，
定義gt為單個(gè)llc變換器的整體增益，γi與llc電路的整體增益公式為：
其中n為變壓器的鐵損；
步驟3：當(dāng)llc并聯(lián)系統(tǒng)中參數(shù)設(shè)計(jì)完成后，諧振器件(諧振電容、諧振電感、勵(lì)磁電感)的參數(shù)不再改變，gac僅由開關(guān)頻度決定，每一相的零矢量注入的長(zhǎng)度由pi控制器決定，由公式(4)可知，當(dāng)γi越大時(shí)，變換器的增益越小。當(dāng)測(cè)量到第i相的諧振電壓小于并聯(lián)系統(tǒng)的諧振電壓的平均值時(shí)，即eri≠0時(shí)，則通過(guò)pi控制器的調(diào)節(jié)，將第i相變換器的零矢量的長(zhǎng)度降低，進(jìn)而降低其電壓值，直到eri＝0，此時(shí)第i相l(xiāng)lc變換器的諧振電壓等于并聯(lián)系統(tǒng)諧振電壓的平均值；并聯(lián)系統(tǒng)中的每一相l(xiāng)lc變換器都用此方式進(jìn)行控制，當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定(即每一相的偏差eri＝0)時(shí)，每一相的諧振電壓都與并聯(lián)系統(tǒng)的諧振電壓平均值相等電感器串聯(lián)和并聯(lián)公式，即完成了均流控制。輸出電流始終由逆變橋的開關(guān)頻度決定，以上控制方式如圖2中所示。
步驟4：上述步驟1到步驟3方式中，用于參與均流控制的諧振電壓亦可換作檢波橋的輸出電壓，其控制方式與諧振電壓一致。在每位開關(guān)周期對(duì)每一相l(xiāng)lc變換器的檢波橋輸出電壓的峰值進(jìn)行取樣，以n路為例，表示為并聯(lián)系統(tǒng)檢波橋輸出電壓的平均值，ioi為第i相的檢波橋輸出電壓峰值的取樣值，eoi為第i相檢波橋輸出電壓與并聯(lián)系統(tǒng)的檢波橋輸出電壓平均值的偏差：
當(dāng)測(cè)量到第i相的檢波橋輸出電壓小于并聯(lián)系統(tǒng)的檢波橋輸出電壓的平均值時(shí)，即eoi≠0時(shí)，則通過(guò)pi控制器的調(diào)節(jié)，調(diào)整第i相的開關(guān)訊號(hào)改變第i相的零矢量長(zhǎng)度，進(jìn)而降低第i相電壓值，直到eoi＝0，此時(shí)第i相的檢波橋輸出電壓等于并聯(lián)系統(tǒng)諧振電壓的平均值；并聯(lián)系統(tǒng)中的每一相l(xiāng)lc變換器都用此方式進(jìn)行控制，當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定(即每一相的偏差eoi＝0)時(shí)，每一相的檢波橋輸出電壓都與并聯(lián)系統(tǒng)的檢波橋輸出電壓平均值相等，即完成了均流控制。
圖3為未注入零適量時(shí)諧振腔的輸入電流，圖4為注入零適量后諧振腔的輸入電流。零矢量注入的形式如圖5所示，圖中實(shí)線為未注入零矢量時(shí)的開關(guān)訊號(hào)，白色虛線為注入零矢量以后的開關(guān)訊號(hào)，白色訊號(hào)為輸入到諧振腔的電流uab。
以兩相全橋llc變換器并聯(lián)為例，具體步驟為：
步驟1：設(shè)計(jì)llc變換器，確定關(guān)鍵參數(shù)，如變壓器鐵損，諧振電容，諧振電感，電樞電感等，以前后級(jí)均為全橋結(jié)構(gòu)的llc變換器的拓?fù)錇槔鐖D1所示。當(dāng)參數(shù)設(shè)計(jì)完成后，llc變換器的諧振增益急劇確定且不能改變，除非重新設(shè)計(jì)。將設(shè)計(jì)好的單臺(tái)llc變換器組成并聯(lián)系統(tǒng)，輸入端可串聯(lián)亦可并聯(lián)，輸出端必須為并聯(lián)，如圖6、7所示。
步驟2：對(duì)于輸入串聯(lián)或則并聯(lián)，輸出并聯(lián)的llc電路，使其開關(guān)訊號(hào)相位相差90°，此即為交錯(cuò)并聯(lián)。在每位開關(guān)周期對(duì)其諧振電壓的峰值進(jìn)行取樣，表示為并聯(lián)系統(tǒng)諧振電壓的平均值，i1、i2分別為第一相和第二相的諧振電壓峰值的取樣值，e1、e2為每一相與并聯(lián)系統(tǒng)的諧振電壓平均值的偏差：
γ1、γ2為每一相l(xiāng)lc變換器的零矢量因子，拿來(lái)調(diào)節(jié)增益所注入的零矢量時(shí)間為t＝γits，其中ts為llc變換器的開關(guān)頻度；定義gac為llc變換器的諧振腔增益：
式(8)中k為電樞電感與諧振電感的比值，k＝lm/lr，q為品質(zhì)質(zhì)數(shù)rac為等效負(fù)載，rac＝8n2rl/π2，fr為諧振頻度，fx＝fs/fr；
γi與llc變換器的整體增益公式為：
其中n為變壓器的鐵損；
步驟3：當(dāng)llc變換器設(shè)計(jì)完成后，其諧振器件的參數(shù)不能改變，gac僅由開關(guān)頻度決定。每一相的零矢量注入的長(zhǎng)度由pi控制器給出，由公式(9)可知當(dāng)γ越大時(shí)，變換器的增益越小，若當(dāng)測(cè)量到第一相的諧振電壓小于并聯(lián)系統(tǒng)的諧振電壓的平均值時(shí)，即e1＜0時(shí)，此時(shí)將e1作為pi控制器的輸入，通過(guò)調(diào)節(jié)，使用如圖5所示的形式降低第一相的注入零矢量的長(zhǎng)度，進(jìn)而降低其電壓值，直到e1＝0，此時(shí)第一相的諧振電壓等于并聯(lián)系統(tǒng)諧振電壓的平均值。當(dāng)?shù)谝幌嗟闹C振電壓等于并聯(lián)系統(tǒng)諧振電壓的平均值時(shí)，第二相的諧振電壓也就必然等于并聯(lián)系統(tǒng)諧振電壓的平均值，實(shí)現(xiàn)均流。
以上控制方式如圖2中所示。
步驟4：若當(dāng)前測(cè)量到第二相的諧振電壓小于并聯(lián)系統(tǒng)的諧振電壓的平均值時(shí)，即e2＜0時(shí)，此時(shí)e2作為pi控制器的輸入，通過(guò)調(diào)節(jié)，使用如圖5所示的形式降低第二相的注入零矢量的長(zhǎng)度，進(jìn)而降低其電壓值，直到e2＝0，此時(shí)第一相的諧振電壓等于并聯(lián)系統(tǒng)諧振電壓的平均值。當(dāng)?shù)诙嗟闹C振電壓等于并聯(lián)系統(tǒng)諧振電壓的平均值時(shí)，第一相的諧振電壓也就必然等于并聯(lián)系統(tǒng)諧振電壓的平均值，均流實(shí)現(xiàn)。以上控制方式如圖2中所示。
步驟5：輸出電流的控制則與傳統(tǒng)的llc一致，始終由逆變橋的開關(guān)頻度決定，如圖2中所示。
步驟6：上述控制方式中，用于參與均流控制的諧振電壓亦可換作檢波橋的輸出電壓，其控制方式與諧振電壓一致。