CN113938022A - 一种高频llc谐振直流变换器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高频LLC谐振直流变换器,其特征在于:包括全桥电路结构及基本谐振电路结构,所述的全桥电路包括MOS管Q1、Q2、Q3、Q4、体二极管DQ1、DQ2、DQ3、DQ4及寄生电容Coss1、Coss2、Coss3、Coss4,所述的MOS管Q1、Q2、Q3、Q4共同构成了全桥电路的四个桥臂,所述的体二极管及寄生电容分别设置在四个MOS管上;所述的基本谐振电路包括谐振电容Cr、谐振电感Lr及变压器的励磁电感Lm,所述的谐振电感Lr和谐振电容Cr与负载串联,变压器励磁电感Lm与负载相互并联。本发明所提出的ADRC策略被嵌入在电压外环控制器中,实现了控制优化,在LLC谐振直流变换器受到扰动影响时得到最小的波动幅值和最短的暂态过程。
Description
技术领域
本发明涉及一种应用自抗扰控制技术的20kW高频LLC谐振直流变换器,属于新能源发电与微电网领域的一项发明技术。
背景技术
近年来,伴随着市场对变换器的需求的不断提升,提高开关管频率成为了减小无源元件体积的主要方法。但是提高开关频率往往会使得变换器中开关管的开关损耗提高。因此必须使用软开关技术来降低开关管的开通和关断损耗进而提高变换器效率。LLC谐振直流变换器的电路具有拓扑简单,电磁干扰小,输出功率等级范围宽的优点。该电路可以在较宽的输入电压变化范围内以及较大负载电压波动范围内调整输出电压。同时该谐振电路可以实现原边开关管的零电压开通,以及副边整流管的零电压关断,可以降低变换器的开关损耗,满足变换器对于效率、体积、频率的发展要求。对于提高开关电源的效率和功率密度,有着重要意义。但是LLC谐振直流变换器会因为电路的扰动而在输出侧产生电压的波动,给正常使用带来困难。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高频LLC谐振直流变换器,其具有一定的自抗扰能力,可以有效的保证输出侧电压的稳定。
本发明采用如下技术手段实现:一种高频LLC谐振直流变换器,包括全桥电路结构及基本谐振电路结构,所述的全桥电路包括MOS管Q1、Q2、Q3、Q4、体二极管DQ1、DQ2、 DQ3、DQ4及寄生电容Coss1、Coss2、Coss3、Coss4,所述的MOS管Q1、Q2、Q3、Q4共同构成了全桥电路的四个桥臂,所述的体二极管及寄生电容分别设置在四个MOS管上;
所述的基本谐振电路包括谐振电容Cr、谐振电感Lr及变压器的励磁电感Lm,所述的谐振电感Lr和谐振电容Cr与负载串联,变压器励磁电感Lm与负载相互并联。
所述的变压器的原副边的匝数比为n:1。
所述的变压器副边侧绕线采用带中心抽头的结构,副边为由整流二极管D1、D2组成的半桥全波整流网络,整流网络连接输出滤波电路,输出滤波电路由电容Co充当,最后与负载RL相接。
在外环设置自抗扰控制器,所述的自抗扰控制器包括跟踪微分器、扩展状态观测器和非线性状态误差反馈控制律,跟踪微分器用于安排过渡过程,给出合理的控制信号,解决了响应速度与超调之间的矛盾;扩张状态观测器用来解决模型未知部分和外部未知扰动综合对控制对象的影响,然后给出信号补偿这些扰动,将控制对象变为普通的积分串联型控制对象;非线性误差反馈控制律给出被控对象的控制策略。
本发明所提出的ADRC策略被嵌入在电压外环控制器中,实现了控制优化,在LLC谐振直流变换器受到扰动影响时得到最小的波动幅值和最短的暂态过程。
附图说明
图1为全桥LLC型谐振DC/DC变换器拓扑示意图;
图2为LLC谐振变换器设计流程图;
图3为传统二阶线性自抗扰控制器示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明进行进一步详述:
本发明涉及一种高频LLC谐振直流变换器,包括全桥电路结构及基本谐振电路结构,所述的全桥电路包括MOS管Q1、Q2、Q3、Q4、体二极管DQ1、DQ2、DQ3、DQ4及寄生电容Coss1、Coss2、Coss3、Coss4,所述的MOS管Q1、Q2、Q3、Q4共同构成了全桥电路的四个桥臂,所述的体二极管及寄生电容分别设置在四个MOS管上;
所述的基本谐振电路包括谐振电容Cr、谐振电感Lr及变压器的励磁电感Lm,所述的谐振电感Lr和谐振电容Cr与负载串联,变压器励磁电感Lm与负载相互并联。
所述的变压器的原副边的匝数比为2:1。
所述的变压器副边侧绕线采用带中心抽头的结构,副边为由整流二极管D1、D2组成的半桥全波整流网络,整流网络连接输出滤波电路,输出滤波电路由电容Co充当,最后与负载RL相接。
本发明在外环设置自抗扰控制器,所述的自抗扰控制器包括跟踪微分器、扩展状态观测器和非线性状态误差反馈控制律,跟踪微分器用于安排过渡过程,给出合理的控制信号,解决了响应速度与超调之间的矛盾;扩张状态观测器用来解决模型未知部分和外部未知扰动综合对控制对象的影响,然后给出信号补偿这些扰动,将控制对象变为普通的积分串联型控制对象;非线性误差反馈控制律给出被控对象的控制策略。
n阶系统用微分方程表示为:
其中:u和y为被控对象的输入和输出;w代表未知外扰;f为总扰动其包括系统模型未知部分、元件参数飘动部分、外扰w和估计误差部分的等不确定项;b为控制器增益。
其中:
对应的连续线性扩张状态观测器(LESO)为
其中:z→x,z和分别为状态变量矩阵和其导数矩阵。L为需要设计的状态观测器增益矩阵L=[l1 l2 … ln ln+1]T。由于扰动项未知且通过校正项可以估计出来,因而式(3.3)中略去重写观测器方程,
其中:uc=[u y]T是组合输入,yc是输出。
引入观测器带宽ω0对L参数进行整定;式中l1,l2,…,ln,ln+1为矩阵L的参数,可取参数化结果,使观测器特征多项式为:
sn+1+l1sn+…+lns+ln+1=(s+ω0)n+1 (5)
本发明在外环引入了ADRC,根据扰动观测通道z2对总扰动的观测和补偿,实现了基于扰动消除扰动的控制策略,此外基于自抗扰控制扰动观测通道z3对耦合项的估计,限制了输出侧的电压波动,有效地优化了电能质量。根据电压、电流采样和锁相环获得电压、电流、直流母线电压的值,送入DSP芯片(TS28379D)中进行运算,然后通过内环的PI 控制器计算出占空比,根据占空比得到触发脉冲实现最终的控制。
Claims (4)
1.一种高频LLC谐振直流变换器,其特征在于:包括全桥电路结构及基本谐振电路结构,所述的全桥电路包括MOS管Q1、Q2、Q3、Q4、体二极管DQ1、DQ2、DQ3、DQ4及寄生电容Coss1、Coss2、Coss3、Coss4,所述的MOS管Q1、Q2、Q3、Q4共同构成了全桥电路的四个桥臂,所述的体二极管及寄生电容分别设置在四个MOS管上;
所述的基本谐振电路包括谐振电容Cr、谐振电感Lr及变压器的励磁电感Lm,所述的谐振电感Lr和谐振电容Cr与负载串联,变压器励磁电感Lm与负载相互并联。
2.根据权利要求1所述的高频LLC谐振直流变换器,其特征在于:所述的变压器的原副边的匝数比为n:1。
3.根据权利要求2所述的高频LLC谐振直流变换器,其特征在于:所述的变压器副边侧绕线采用带中心抽头的结构,副边为由整流二极管D1、D2组成的半桥全波整流网络,整流网络连接输出滤波电路,输出滤波电路由电容Co充当,最后与负载RL相接。
4.根据权利要求1所述的高频LLC谐振直流变换器,其特征在于:在外环设置自抗扰控制器,所述的自抗扰控制器包括跟踪微分器、扩展状态观测器和非线性状态误差反馈控制律,跟踪微分器用于安排过渡过程,给出合理的控制信号,解决了响应速度与超调之间的矛盾;扩张状态观测器用来解决模型未知部分和外部未知扰动综合对控制对象的影响,然后给出信号补偿这些扰动,将控制对象变为普通的积分串联型控制对象;非线性误差反馈控制律给出被控对象的控制策略。
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