LLC谐振变换器的轨迹控制研究

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摘要：针对llc谐振变换器谐振槽有多个谐振元件、工作过程复杂、难以对其实现有效控制的问题，本文提出了一种最优轨迹控制方

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关键词：LLC；谐振；CCM；轨迹方程；控制控制

DOI：10.3969/j.issn.1005-5517.2015.2.014

康亚东（1987-），男，硕士，主要研究方向：电力电子功率变换技术。

引言

LLC谐振变换器因可以实现ZVS、开关频率高、易于集成等优点而受到欢迎。但由于其谐振元件较多，对其实现简单有效的控制依然并不简单。文献将变频控制、滑膜控制和轨迹控制等5种控制方法在串联谐振电路中方面进行了多方面的比较，结果显示轨迹控制方法在系统稳定性、动态响应时间、短路承受能力等方面都较其它几种方法有更好的表现。文献对串联谐振变换器提出了一种简单的轨迹控制方法。文献对LCC变换器在DCM和CCM模式下各谐振过程的时域方程做了推导，并未对其控制方法作进一步分析。文献分析了LCC谐振变换器的一种轨迹控制方法。本文对CCM模式下的LLC谐振电路的状态轨迹进行了分析，绘制了轨迹转换图，最后提出了一种对LLC谐振变换器的轨迹进行控制的方法，并用仿真和实验对该控制方法进行了验证。

1 LLC谐振电路的谐振过程与分析

1.1 LLC谐振电路的谐振模态分析

LLC谐振变换器的主电路拓扑如图1所示。其主要工作波形和相应时段的谐振模态分别为图2和图3。

1.2 LLC谐振电路轨迹方程的推导

LLC谐振电路因含有多个谐振元件，其时域公式和轨迹方程推导起来复杂得多，为此，在推导LLC谐振电路相应时段的时域公式和轨迹方程前，先做必要的假设：1）所有元器件均为理想元件；2）工作过程中输

依同样的分析方法，可求得下半周期各谐振模态的时域方程与轨迹方程。

2 轨迹控制法则的推导与实现

根据状态平面分析方法可知，LLC谐振电路在一个工作周期内，其各谐振模态所对应的状态变量轨迹组成一个闭合的环，每一个谐振模态对应其中的一段圆弧。要实现轨迹控制，必须通过控制开关管的导通时刻或者关断时刻来制定控制法则。为实现两个不同轨线的工作状态转换，并获得良好的动态性能，就必须根据控制指令计算出最忧的开关管导通或关断时刻。具体到LLC谐振电路，在CCM模式下，可选择通过控制开关管的关断时刻来达到轨迹转换的目的，例如图4中轨线W1和W2的开关频率不同，分别为fa和fb。图4中轨迹转换的过程分析如下：