CN111464019A - 一种用于优化llc谐振变换器负载瞬间动态的方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
一种用于优化LLC谐振变换器负载瞬间动态的方法及装置。首先通过对LLC谐振变换器进行特定点的实际测试，得出LLC开关频率与输入电压、输出电压、及输出电流相关的离散点，并进行拟合得到LLC开关频率的最优目标函数，然后通过对有效的负载动态切换判断，在负载突变时将电压环控制器的最终输出PID结果线性逼近最优目标函数的期望输出值。通过简单的拟合方式得到有效的LLC开关频率目标函数，在负载动态切换时将电压控制器PID输出结果线性逼近LLC开关频率期望值。避免了LLC小信号模型建模带来的计算偏差和大量计算的过程，加速了LLC开关频率的变化速度，使得系统在不增加硬件成本的条件下，提高了LLC的动态响应速度。
Description
技术领域
本发明涉及LLC谐振变换器领域，尤指一种用于优化LLC谐振变换器负载瞬间动态的方法及其装置。
背景技术
目前所用的LLC谐振变换器动态控制策略中，例如申请号CN201810372510.X，发明名称为《一种基于损耗最小的LLC谐振变换器参数优化设计方法》，都是采用最优轨迹控制，在最优轨迹控制策略中控制器通过对输出电流的变化判断是否发生负载突变，一旦负载发生突变，控制器根据负载突变前的输出电流和突变后的输出电流，计算出驱动周期变换量，并叠加到线性控制器中，实现快速调节。但是，该策略需要对LLC进行准确的建模，并且需要逐周期计算得到开关周期，控制速度极快，对控制器要求很高。也就是说，其存在着下述缺陷：最优轨迹控制对控制器的处理速度要求很高；而平均电流控制只在谐振点有较好的动态特性；峰值电流控制需要增加比较复杂的峰值电流采样电路。
因此，发明人试图在不需额外增加硬件电路的条件下，能提供一种使用低成本的微控制器实现优化LLC谐振变换器负载突变时的动态特性。
发明内容
为解决上述问题，本发明主要目的在于，提供一种用于优化LLC谐振变换器负载瞬间动态的方法及其装置。
为了实现上述目的，本发明提供了一种用于优化LLC谐振变换器负载瞬间动态的方法,该方法是首先通过对LLC谐振变换器进行实际测试(可根据实际需要，设定检测所需参数的特定检测点)，得出LLC开关频率与输入电压、输出电压、及输出电流相关的一系列离散点，并对这些离散点进行拟合得到LLC开关频率的最优目标函数，然后通过对有效的负载动态切换判断，在负载突变时将电压环控制器的最终输出PID结果线性逼近最优目标函数的期望输出值。并且所述最优目标函数的建立方法可包含如下步骤：
1)制作所要控制的目标LLC谐振变换器；
2)搭建目标LLC谐振变换器的测试平台；
3)根据LLC谐振变换器的技术要求确定所要测试输入电压、输出电压及负载点；
4)通过对步骤3)中确定的测试点进行测试，得到一系列真实的LLC开关频率与输入电压、输出电压及输出电流相关的离散点；
5)利用MATLAB等计算工具将步骤4)中得到的离散点进行拟合，得到最优的LLC开关频率目标函数。
3.根据权利要求1所述的一种用于优化LLC谐振变换器负载瞬间动态的方法，其特征在于，所述方法的控制流步骤如下：
1)通过AD采样模块获取LLC谐振变换器的实际输出电压和输出电流；
2)电压环偏差赋值及PID控制器运算；
3)判断输出电压实际采样值与给定值的偏差是否大于设定值；
4)判断LLC谐振变换器是否处于突变载状态；
5)负载突变的判断条件为：输出电压呈下降趋势且输出电流呈上升趋势或者是输出电压呈上升趋势且输出电流呈下降趋势；
6)若步骤5)判定LLC谐振变换器处于负载突发时，启动LLC开关频率目标函数计算，并得出开关频率的目标期望值；
7)为了防止LLC谐振变换器在负载突变时出现震荡，将步骤2)所得的电压环PID控制器输出值线性逼近目标期望值，最终得到实际的开关频率；
8)利用实际得到的开关频率值进行PWM赋值，最终作用到LLC谐振变换器的驱动信号；
9)若步骤5)判定LLC没有处于负载突变状态时跳过步骤6)、7)直接执行步骤8)操作。
本发明还提供了应用如上方法的一种优化了负载瞬间动态的LLC谐振变换器,其主要包括：LLC变换器，微控制器及隔离驱动模块，并且所述微控制器包含：AD采样模块，PID控制器，PWM模块，LLC开关频率目标函数模块；LLC开关频率目标函数模块接收AD采样模块数据，经LLC开关频率目标函数模块判断，在LLC处于负载突变状态时控制PID控制器。其控制过程为：所述AD采样模块获取LLC谐振变换器的实际输出电压和输出电流；PID控制器接收AD采样模块数据并运算输出数据给PWM模块，然后驱动隔离驱动，同时LLC开关频率目标函数模块根据AD采样模块数据，经LLC开关频率目标函数模块判断，在LLC处于负载突变状态时控制PID控制器。
本发明有益效果在于，借助上述技术方案，实现了通过简单的拟合方式得到有效的LLC开关频率目标函数，在负载动态切换时将电压控制器PID输出结果线性逼近LLC开关频率期望值。避免了LLC小信号模型建模带来的计算偏差和大量计算的过程，加速了LLC开关频率的变化速度，使得系统在不增加硬件成本的条件下，提高了LLC的动态响应速度。
附图说明
图1为本发明的一种用于优化LLC谐振变换器负载瞬间动态的控制框图。
图2为本发明的一种用于优化LLC谐振变换器负载瞬间动态的流程图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案做进一步具体的说明。
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
为了实现上述效果及其优越性，本发明的一种用于优化LLC谐振变换器负载瞬间动态的方法，是通过对LLC谐振变换器进行特定点的实际测试，得出LLC开关频率与输入电压、输出电压、输出电流(恒定输入的模块不需要额外增加输入电压的测试点)相关的一系列离散点，并对这些离散点进行拟合得到LLC开关频率的最优目标函数。通过准确有效的负载动态切换判断，在负载突变时将电压环控制器的最终输出PID结果线性逼近最优目标函数的期望输出值。其中，所述的测试特定点指的是LLC模块一系列不同输入电压条件下的不同输出电压、电流的测试点，本领域技术人员可根据需求进行设置，而由于恒定输入的模块的输入电压恒定故只需要测试不同的输出电压及输出电流即可。
图1所示为该方法的控制框图，其主要包括LLC变换器，微控制器及隔离驱动模块，LLC变换器可直接向隔离驱动模块发送驱动信号，而微控制器为本发明的新增设的控制组件，其主要包含：AD采样模块，PID控制器，PWM模块，LLC开关频率目标函数模块等。所述LLC开关频率目标函数起作用的条件是LLC处于负载突变状态，LLC开关频率目标函数模块接收AD采样模块数据，经LLC开关频率目标函数判断，在LLC处于负载突变状态时控制PID控制器。
本领域技术人员知晓的是：在最优轨迹控制策略中控制器通过对输出电流的变化判断是否发生负载突变，一旦负载发生突变，控制器根据负载突变前的输出电流和突变后的输出电流，计算出驱动周期变换量，并叠加到线性控制器中，实现快速调节。但是，该策略需要对LLC进行准确的建模，并且需要逐周期计算得到开关周期，控制速度极快，对控制器要求很高。发明人通过对最优轨迹控制策略的研究，发现了LLC的工作频率与实际的输入电压、输出电压和输出电流存在特定的关系。考虑到可以通过建模模拟控制。为了避免建模偏差，减小计算难度，本发明通过建立LLC工作频率目标函数的方法来达到优化LLC负载瞬间动态的目的。
所述目标函数的建立方法：
1)制作所要控制的目标LLC谐振变换器；
2)搭建目标LLC谐振变换器的测试平台；
3)根据LLC谐振变换器的技术要求确定所要测试输入电压、输出电压及负载点；
4)通过对步骤3)中确定的测试点进行测试，得到一系列真实的LLC开关频率与输入电压、输出电压及输出电流相关的离散点；
5)利用MATLAB等计算工具将步骤4)中得到的离散点进行拟合，得到最优的LLC开关频率目标函数fk＝F(Vout,Iout,Vin)。
该方法实施起来简单方便，不需要对硬件拓扑进行详细的建模推导，大大降低了LLC实际电路建模不准确带来控制偏差的风险。
图2所示为该方法的控制流程图，具体实施步骤如下：
1)通过AD采样模块获取LLC谐振变换器的实际输出电压和输出电流；
2)电压环偏差赋值及PID控制器运算；
3)判断输出电压实际采样值与给定值的偏差是否大于设定值abs(Vout-Vset)≥Δε；
4)判断LLC谐振变换器是否处于突变载状态；
5)负载突变的判断条件为：输出电压呈下降趋势且输出电流呈上升趋势或者是输出电压呈上升趋势且输出电流呈下降趋势；
6)若步骤5)判定LLC谐振变换器处于负载突发时，启动LLC开关频率目标函数计算，并得出开关频率的目标期望值；
7)为了防止LLC谐振变换器在负载突变时出现震荡，将步骤2)所得的电压环PID控制器输出值线性逼近目标期望值，最终得到实际的开关频率；
8)利用实际得到的开关频率值进行PWM赋值，最终作用到LLC谐振变换器的驱动信号。
9)若步骤5)判定LLC没有处于负载突变状态时跳过步骤6)、7)直接执行步骤8)操作。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解，依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (5)
1.一种用于优化LLC谐振变换器负载瞬间动态的方法,其特征在于，该方法是首先通过对LLC谐振变换器进行实际测试，得出LLC开关频率与输入电压、输出电压、及输出电流相关的一系列离散点，并对这些离散点进行拟合得到LLC开关频率的最优目标函数，然后通过对有效的负载动态切换判断，在负载突变时将电压环控制器的最终输出PID结果线性逼近最优目标函数的期望输出值。
2.根据权利要求1所述的一种用于优化LLC谐振变换器负载瞬间动态的方法，其特征在于，所述最优目标函数的建立方法：
1)制作所要控制的目标LLC谐振变换器；
2)搭建目标LLC谐振变换器的测试平台；
3)根据LLC谐振变换器的技术要求确定所要测试输入电压、输出电压及负载点；
4)通过对步骤3)中确定的测试点进行测试，得到一系列真实的LLC开关频率与输入电压、输出电压及输出电流相关的离散点；
5)利用MATLAB等计算工具将步骤4)中得到的离散点进行拟合，得到最优的LLC开关频率目标函数。
3.根据权利要求1所述的一种用于优化LLC谐振变换器负载瞬间动态的方法，其特征在于，所述方法的控制流步骤如下：
1)通过AD采样模块获取LLC谐振变换器的实际输出电压和输出电流；
2)电压环偏差赋值及PID控制器运算；
3)判断输出电压实际采样值与给定值的偏差是否大于设定值；
4)判断LLC谐振变换器是否处于突变载状态；
5)负载突变的判断条件为：输出电压呈下降趋势且输出电流呈上升趋势或者是输出电压呈上升趋势且输出电流呈下降趋势；
6)若步骤5)判定LLC谐振变换器处于负载突发时，启动LLC开关频率目标函数计算，并得出开关频率的目标期望值；
7)为了防止LLC谐振变换器在负载突变时出现震荡，将步骤2)所得的电压环PID控制器输出值线性逼近目标期望值，最终得到实际的开关频率；
8)利用实际得到的开关频率值进行PWM赋值，最终作用到LLC谐振变换器的驱动信号；
9)若步骤5)判定LLC没有处于负载突变状态时跳过步骤6)、7)直接执行步骤8)操作。
4.一种优化了负载瞬间动态的LLC谐振变换器,其特征在于，其主要包括：LLC变换器，微控制器及隔离驱动模块，所述微控制器包含：AD采样模块，PID控制器，PWM模块，LLC开关频率目标函数模块；LLC开关频率目标函数模块接收AD采样模块数据，经LLC开关频率目标函数模块判断，在LLC处于负载突变状态时控制PID控制器。
5.根据权利要求4所述的一种优化了负载瞬间动态的LLC谐振变换器,其特征在于，所述AD采样模块获取LLC谐振变换器的实际输出电压和输出电流；PID控制器接收AD采样模块数据并运算输出数据给PWM模块，然后驱动隔离驱动，同时LLC开关频率目标函数模块根据AD采样模块数据，经LLC开关频率目标函数模块判断，在LLC处于负载突变状态时控制PID控制器。
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