CN117792030A - Clc型谐振变换器的增强型双重同相调制方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种CLC型谐振变换器的增强型双重同相调制方法及系统，包括：控制CLC型谐振变换器的两侧全桥电路的开关门信号，得到一、二次侧交流电压；对谐振电流的相位进行调整，消除变换器一次侧和二次侧的回流功率，同时实现所有开关软开关运行；调整电流和电压基波相位差，得出零回流功率及全软开关优化角度关系，根据得到的零回流功率及全软开关优化角度关系进行调制。能够使得变换器输出稳定的功率，同时能够完全消除变换器一次侧和二次侧的回流功率，并且所有开关管实现全负载范围的软开关，降低了开关损耗，提高了变换器整体运行效率。
Description
技术领域
本发明涉及DC-DC变换器的调制控制技术领域，具体的涉及一种CLC型谐振变换器的增强型双重同相调制方法及系统。
背景技术
波浪能具有不稳定和不连续的特点，经过波浪能发电装置发出的电能波动大，质量差，不能直接并入电网使用。为了得到稳定的高质量电能，在整流和逆变环节中间加入DC-DC变换器能够起到变压和稳压的作用。目前常见的DC-DC变换器存在循环电流大，开关损耗大等缺点。
目前，为了提高变换器效率，学者们提出了不同调制方法。传统的单移相控制会使得变换器运行过程中存在回流功率的问题，且开关管难以实现ZVS；拓展移相控制可以减少无功环流和电流应力，增加开关的软开关范围；双重移相控制也可以降低了变换器的无功环流和损耗；三重移相控制使变换器在轻载条件下也可以实现软开关，有效减少了无功环流和电流应力，但是加大了控制的复杂度。然而，无论哪种移相方法，都很难对回流功率和开关损耗同时进行优化，极大地限制了变换器性能的提升。
发明内容
本发明的目的在于提供一种CLC型谐振变换器的增强型双重同相调制方法及系统，能够使得变换器输出稳定的功率，同时能够完全消除变换器一次侧和二次侧的回流功率，并且所有开关管实现全负载范围的软开关，降低了开关损耗，提高了变换器整体运行效率。
实现本发明目的的技术解决方案为：
一种CLC型谐振变换器的增强型双重同相调制方法，包括以下步骤：
S01：控制CLC型谐振变换器的两侧全桥电路的开关门信号，得到一、二次侧交流电压；
S02：对谐振电流的相位进行调整，消除变换器一次侧和二次侧的回流功率，同时实现所有开关软开关运行；
S03：调整电流和电压基波相位差，得出零回流功率及全软开关优化角度关系，根据得到的零回流功率及全软开关优化角度关系进行调制。
优选的技术方案中，所述步骤S01中得到一、二次侧交流电压的方法包括：
S11：控制CLC型谐振变换器一次侧开关管、开关管/>、开关管/>和开关管/>互补导通，且开关管/>占空比为0.5；所述开关管/>滞后开关管/>相位/>，开关管/>的开启点为0.5（/>），由此，产生脉冲宽度为/>的交流电压/>；
S12：控制CLC型谐振变换器开关管和开关管/>互补导通、开关管/>和开关管互补导通，且开关管/>占空比为0.5；所述开关管/>超前开关管/>相位/>，开关管超前开关管/>相位/> ，由此，产生一个超前一次侧交流电压/>基波相位/>的交流电压/>。
优选的技术方案中，所述步骤S02中对谐振电流的相位进行调整的方法包括：
将一次侧谐振电流过零点调整在0.5（/>）处，二次侧谐振电流/>过零点调整在/>处，从而使得一次侧谐振电流/>与开关管/>同相位，二次侧谐振电流/>与开关管/>同相位，消除变换器一次侧和二次侧的回流功率，同时实现所有开关管的软开关。
优选的技术方案中，所述步骤S03还包括：
采用多重谐波分析法对CLC型谐振变换器进行稳态分析，建立CLC型谐振变换器在相量域的等效电路模型，得到一、二次侧交流电压的相量表达式为：
式中，和/>分别是输入电压和输出电压，/>、/>分别为一、二次侧交流电压的相量表达式，/>为开关角频率，/>是变压器匝数，/>为谐波次数。
优选的技术方案中，所述步骤S03还包括：
根据CLC型谐振变换器在相量域的等效电路模型，求得一、二次侧谐振电流,/>的傅里叶相量计算公式：
式中，是一次侧谐振电流/>的相量形式，/>是二次侧谐振电流/>的相量形式，/>为谐振电感。
优选的技术方案中，还包括：
计算得出变换器的输出功率：
其中，表示最大输出功率，/>；
输出功率的标幺值，由于/>的范围是/>，因此输出功率标幺值/>的范围是0%~100%。
优选的技术方案中，所述步骤S03中零回流功率及全软开关优化角度关系为：
得出增强型双重同相控制下的输出功率模型：
。
本发明还公开了一种CLC型谐振变换器的增强型双重同相调制系统，包括：
两侧交流电压产生模块，控制CLC型谐振变换器的两侧全桥电路的开关门信号，得到一、二次侧交流电压；
谐振电流相位调节模块，对谐振电流的相位进行调整，消除变换器一次侧和二次侧的回流功率，同时实现所有开关软开关运行；
调制模块，调整电流和电压基波相位差，得出零回流功率及全软开关优化角度关系，根据得到的零回流功率及全软开关优化角度关系进行调制。
优选的技术方案中，所述调制模块还包括分析模块，分析方法包括：
采用多重谐波分析法对CLC型谐振变换器进行稳态分析，建立CLC型谐振变换器在相量域的等效电路模型，得到一、二次侧交流电压的相量表达式为：
式中，和/>分别是输入电压和输出电压，/>、/>分别为一、二次侧交流电压的相量表达式，/>为开关角频率，/>是变压器匝数，/>为谐波次数；
根据CLC型谐振变换器在相量域的等效电路模型，求得一、二次侧谐振电流,/>的傅里叶相量计算公式：
式中，是一次侧谐振电流/>的相量形式，/>是二次侧谐振电流/>的相量形式，/>为谐振电感。
本发明又公开了一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时实现上述的CLC型谐振变换器的增强型双重同相调制方法。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：
（1）本发明能够使得变换器输出稳定的功率，同时能够完全消除变换器一次侧和二次侧的回流功率，提高了变换器整体运行效率。
（2）本发明能够使得CLC型谐振变换器所有开关管实现全负载范围的软开关，降低了开关损耗。
（3）本发明只需要控制一个自变量就可以实现对输出功率的控制，更加简单、高效。
附图说明
图1为一种适用于CLC型谐振变换器的增强型双重同相调制方法的流程图；
图2是CLC型谐振变换器的电路拓扑图；
图3是CLC型谐振变换器采用增强型双重同相调制方法的工作波形图；
图4是CLC型谐振变换器采用多重谐波分析法在相量域下的等效电路图；
图5是，/>，/>，/>、/>、/>、/>波形和各开关管电流波形图；
图6是，/>，/>，/>、/>、/>、/>波形和各开关管电流波形图；
图7是，/>，/>，/>、/>、/>、/>波形和各开关管电流波形图；
图8是，/>，/>，/>、/>、/>、/>波形和各开关管电流波形图。
具体实施方式
本发明的原理是：基于CLC型谐振变换器，只需要控制一个自变量就可以实现对输出功率的控制，更加简单、高效。调整电流和电压基波相位差，消除变换器一次侧和二次侧的回流功率，同时实现所有开关软开关运行；得出零回流功率及全软开关优化角度关系。本发明能够消除变换器一次侧和二次侧的回流功率，同时使所有开关管实现全负载范围的软开关，降低了开关损耗，提高了变换器整体运行效率。
实施例1：
如图1所示，一种CLC型谐振变换器的增强型双重同相调制方法，包括以下步骤：
S01：控制CLC型谐振变换器的两侧全桥电路的开关门信号，得到一、二次侧交流电压；
S02：对谐振电流的相位进行调整，消除变换器一次侧和二次侧的回流功率，同时实现所有开关软开关运行；
S03：调整电流和电压基波相位差，得出零回流功率及全软开关优化角度关系，根据得到的零回流功率及全软开关优化角度关系进行调制。
如图2所示，CLC谐振变换器，包括依次相连的输入侧全桥（一次侧全桥）、谐振槽、高频变压器和输出侧全桥（二次侧全桥），原边全桥包括开关管，开关管/>构成全桥逆变电路；谐振槽包括设置在原边的第一谐振电容/> 、第一谐振电感/>、第二谐振电感，第一谐振电容/>连接原边全桥的第一连接点/>，第一谐振电容/> 、第一谐振电感/>、第二谐振电感/>依次连接，第二谐振电感/>另一端连接原边全桥的第二连接点/>；高频变压器的匝数比为1：n，第二谐振电感/>连接高频变压器的原边两端；副边全桥包括开关管，开关管/>构成全桥整流电路，频变压器的副边串联第一谐振电容/>。
一较佳的实施例中，如图3所示，控制两侧全桥电路的开关门信号得到一、二次侧交流电压，具体方法包括：
S11：控制CLC型谐振变换器一次侧开关管、开关管/>、开关管/>和开关管/>互补导通，且开关管/>占空比为0.5；所述开关管/>滞后开关管/>相位/>，开关管/>的开启点为0.5（/>），由此，产生脉冲宽度为/>的交流电压/>；
S12：控制CLC型谐振变换器开关管和开关管/>互补导通、开关管/>和开关管互补导通，且开关管/>占空比为0.5；所述开关管/>超前开关管/>相位/>，开关管/>超前开关管/>相位/> ，由此，产生一个超前一次侧交流电压/>基波相位/>的交流电压。
一较佳的实施例中，步骤S02中对谐振电流的相位进行调整的方法包括：
将一次侧谐振电流过零点调整在0.5（/>）处，二次侧谐振电流/>过零点调整在/>处，从而使得一次侧谐振电流/>与开关管/>同相位，二次侧谐振电流/>与开关管/>同相位，消除变换器一次侧和二次侧的回流功率，同时实现所有开关管的软开关。
一较佳的实施例中，步骤S03还包括：
采用多重谐波分析法对CLC型谐振变换器进行稳态分析，建立CLC型谐振变换器在相量域的等效电路模型，如图4所示，得到一、二次侧交流电压的相量表达式为：
式中，和/>分别是输入电压和输出电压，/>、/>分别为一、二次侧交流电压的相量表达式，/>为开关角频率，/>是变压器匝数，/>为谐波次数。
根据CLC型谐振变换器在相量域的等效电路模型，求得一、二次侧谐振电流,/>的傅里叶相量计算公式：
式中，是一次侧谐振电流/>的相量形式，/>是二次侧谐振电流/>的相量形式，/>为谐振电感。
为开关角频率，当电路运行时，开关频率等于谐振角频率，一次侧边的谐振角频率/>，二次侧边的谐振角频率/>，/>
计算得出变换器的输出功率：
其中，表示最大输出功率，/>；
输出功率的标幺值，由于/>的范围是/>，因此输出功率标幺值/>的范围是0%~100%。
一较佳的实施例中，步骤S03中零回流功率及全软开关优化角度关系为：
得出增强型双重同相控制下的输出功率模型：
另一实施例，一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被执行时实现上述的CLC型谐振变换器的增强型双重同相调制方法。可以采用上述的任一种CLC型谐振变换器的增强型双重同相调制方法，这里不再赘述。
另一实施例，一种CLC型谐振变换器的增强型双重同相调制系统，包括：
两侧交流电压产生模块，控制CLC型谐振变换器的两侧全桥电路的开关门信号，得到一、二次侧交流电压；
谐振电流相位调节模块，对谐振电流的相位进行调整，消除变换器一次侧和二次侧的回流功率，同时实现所有开关软开关运行；
调制模块，调整电流和电压基波相位差，得出零回流功率及全软开关优化角度关系，根据得到的零回流功率及全软开关优化角度关系进行调制。
调制模块还包括分析模块，分析方法包括：
采用多重谐波分析法对CLC型谐振变换器进行稳态分析，建立CLC型谐振变换器在相量域的等效电路模型，得到一、二次侧交流电压的相量表达式为：
式中，和/>分别是输入电压和输出电压，/>、/>分别为一、二次侧交流电压的相量表达式，/>为开关角频率，/>是变压器匝数，/>为谐波次数。
根据CLC型谐振变换器在相量域的等效电路模型，求得一、二次侧谐振电流,/>的傅里叶相量计算公式：
式中，是一次侧谐振电流/>的相量形式，/>是二次侧谐振电流/>的相量形式，/>为谐振电感。
具体的，下面给出具体的变换器的设计参数以及仿真测试：
进行关键参数设计：
选择，/>。设计输入电压/>，输出电压/>。
因此关键参数可以得到：，/>，/>，/>。
为了验证理论的真实性，将采用以上参数在PSIM软件中进行仿真。
当，/>，/>，/>、/>、/>、/>波形和各开关管电流如图5所示。
当，/>，/>，/>、/>、/>、/>波形和各开关管电流如图6所示。
当，/>，/>，/>、/>、/>、/>波形和各开关管电流如图7所示。
当，/>，/>，/>、/>、/>、/>波形和各开关管电流如图8所示。
结合仿真波形验证后，发现理论与实际相符合，证明本发明是可行的。能够完全消除变换器一次侧和二次侧的回流功率，同时使所有开关管实现全负载范围的软开关，降低了开关损耗，提高了变换器整体运行效率。
上述实施例为本发明优选地实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种CLC型谐振变换器的增强型双重同相调制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S01：控制CLC型谐振变换器的两侧全桥电路的开关门信号，得到一、二次侧交流电压；
S02：对谐振电流的相位进行调整，消除变换器一次侧和二次侧的回流功率，同时实现所有开关软开关运行；
S03：调整电流和电压基波相位差，得出零回流功率及全软开关优化角度关系，根据得到的零回流功率及全软开关优化角度关系进行调制。
2.根据权利要求1所述的CLC型谐振变换器的增强型双重同相调制方法，其特征在于，所述步骤S01中得到一、二次侧交流电压的方法包括：
S11：控制CLC型谐振变换器一次侧开关管、开关管/>、开关管/>和开关管/>互补导通，且开关管/>占空比为0.5；所述开关管/>滞后开关管/>相位/>，开关管/>的开启点为0.5（/>），由此，产生脉冲宽度为/>的交流电压/>；
S12：控制CLC型谐振变换器开关管和开关管/>互补导通、开关管/>和开关管/>互补导通，且开关管/>占空比为0.5；所述开关管/>超前开关管/>相位/>，开关管/>超前开关管/>相位/> ，由此，产生一个超前一次侧交流电压/>基波相位/>的交流电压/>。
3.根据权利要求2所述的CLC型谐振变换器的增强型双重同相调制方法，其特征在于，所述步骤S02中对谐振电流的相位进行调整的方法包括：
将一次侧谐振电流过零点调整在0.5（/>）处，二次侧谐振电流/>过零点调整在处，从而使得一次侧谐振电流/>与开关管/>同相位，二次侧谐振电流/>与开关管同相位，消除变换器一次侧和二次侧的回流功率，同时实现所有开关管的软开关。
4.根据权利要求2所述的CLC型谐振变换器的增强型双重同相调制方法，其特征在于，所述步骤S03还包括：
采用多重谐波分析法对CLC型谐振变换器进行稳态分析，建立CLC型谐振变换器在相量域的等效电路模型，得到一、二次侧交流电压的相量表达式为：
，
，
式中，和/>分别是输入电压和输出电压，/>、/>分别为一、二次侧交流电压的相量表达式，/>为开关角频率，/>是变压器匝数，/>为谐波次数。
5.根据权利要求4所述的CLC型谐振变换器的增强型双重同相调制方法，其特征在于，所述步骤S03还包括：
根据CLC型谐振变换器在相量域的等效电路模型，求得一、二次侧谐振电流,/>的傅里叶相量计算公式：
，
，
式中，是一次侧谐振电流/>的相量形式，/>是二次侧谐振电流/>的相量形式，/>为谐振电感。
6.根据权利要求5所述的CLC型谐振变换器的增强型双重同相调制方法，其特征在于，还包括：
计算得出变换器的输出功率：
，
其中，表示最大输出功率，/>；
输出功率的标幺值，由于/>的范围是/>，因此输出功率标幺值/>的范围是0%~100%。
7.根据权利要求2所述的CLC型谐振变换器的增强型双重同相调制方法，其特征在于，所述步骤S03中零回流功率及全软开关优化角度关系为：
，
得出增强型双重同相控制下的输出功率模型：
。
8.一种CLC型谐振变换器的增强型双重同相调制系统，其特征在于，包括：
两侧交流电压产生模块，控制CLC型谐振变换器的两侧全桥电路的开关门信号，得到一、二次侧交流电压；
谐振电流相位调节模块，对谐振电流的相位进行调整，消除变换器一次侧和二次侧的回流功率，同时实现所有开关软开关运行；
调制模块，调整电流和电压基波相位差，得出零回流功率及全软开关优化角度关系，根据得到的零回流功率及全软开关优化角度关系进行调制。
9.根据权利要求8所述的CLC型谐振变换器的增强型双重同相调制系统，其特征在于，所述调制模块还包括分析模块，分析方法包括：
采用多重谐波分析法对CLC型谐振变换器进行稳态分析，建立CLC型谐振变换器在相量域的等效电路模型，得到一、二次侧交流电压的相量表达式为：
，
，
式中，和/>分别是输入电压和输出电压，/>、/>分别为一、二次侧交流电压的相量表达式，/>为开关角频率，/>是变压器匝数，/>为谐波次数；
根据CLC型谐振变换器在相量域的等效电路模型，求得一、二次侧谐振电流,/>的傅里叶相量计算公式：
，
，
式中，是一次侧谐振电流/>的相量形式，/>是二次侧谐振电流/>的相量形式，/>为谐振电感。
10.一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被执行时实现权利要求1-7任一项所述的CLC型谐振变换器的增强型双重同相调制方法。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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