CN212367135U - 一种llc谐振变换器控制电路及直流充电模块 - Google Patents

一种llc谐振变换器控制电路及直流充电模块 Download PDF

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Abstract

本申请提出一种LLC谐振变换器控制电路。该控制电路电路包括：主控制环，包括输出电流环，输出电压环和谐振电流环，输出电流环和输出电压环的输出结果输入到谐振电流环中；LLC谐振变换器，输出信号分别反馈至主控制环的输出电流环，输出电压环和谐振电流环；补偿控制环的输入端连接LLC谐振变换器，用于接收LLC谐振变换器的输出信号并反馈至主控制环。本申请可以不影响高频段的增益，大大提高低频段的增益，有效地降低输出端的低频纹波。

Description

一种LLC谐振变换器控制电路及直流充电模块
技术领域
本申请涉及充电技术领域，特别涉及一种LLC谐振变换器控制电路。
背景技术
直流充电模块包括AC-DC变换器和DC-DC变换器，AC-DC变换器是将三相交流电输入整流成直流电输出，为DC-DC变换器提供直流母线，DC-DC变换器是根据负载的需求提供相应的直流电压电流。直流充电模块在充电过程中不仅需要高效率的特性，而且需要电流谐波要足够小，减少电流谐波对电池产生的额外损耗，这样不仅可以提高充电效率还能延长电池使用寿命。采用LLC谐振变换器虽然能够解决直流充电模块中的充电高效率的问题，但存在对低频谐波的抑制能力不够强的问题，一般低频纹波大多数来自于电网，经过前级三相整流模块倍频叠加直流母线上，因此在后级变换器输出的电压和电流都含有低频纹波，在充电过程中会影响充电质量，并且低频纹波的频率大约在300Hz左右。
现有方案后级模块采用LLC谐振变换器，并利用电感与电容发生谐振使得电压电流实现过零切换，从而使得功率管实现零电压开通，减少开关损耗提高变换器的工作效率。在控制方面，LLC谐振变换器采用PI作为系统的控制环路，这样可以使得LLC谐振变换器能更好地稳定输出。但是LLC谐振变换器存在的低频段增益不足够强的问题，只有不断增大PI控制环路中的低频段增益来抑制低频谐波，虽然在一定程度可以削弱低频谐波，但是也相应地抬高了高频段的增益，会引起高频振荡从而影响LLC谐振变换器的稳定。
实用新型内容
为解决上述缺陷，本申请的目的在于提供一种LLC谐振变换器控制电路，可以不影响高频段的增益，提高低频段的增益，有效地降低输出端的低频纹波。
为实现上述目的，本申请采用如下技术方案：
一种LLC谐振变换器控制电路，其特征在于，所述电路包括：
主控制环，所述主控制环包括输出电流环、输出电压环及谐振电流环，所述输出电流环及所述输出电压环的输出端电性连接谐振电流环的输入端，所述输出电流环和输出电压环的输出结果输入到谐振电流环中；LLC谐振变换器，所述LLC谐振变换器电性连接所述谐振电流环的输出端，所述LLC谐振变换器的输出信号分别反馈至所述主控制环的输出电流环，输出电压环和谐振电流环；
补偿控制环，所述补偿控制环的输入端连接LLC谐振变换器，用于接收LLC谐振变换器的输出信号并反馈至主控制环。
优选的，该补偿控制环包括依次连接的带通滤波器，锁相环模块，纹波幅值闭环控制模块和补偿交流量整合模块，
所述带通滤波器电性连接LLC谐振变换器的输出端并从LLC谐振变换器的输出端提取特定频率的纹波信号，经锁相环模块和纹波幅值闭环控制模块得到叠加交流量的幅值和相位，所述补偿交流量整合模块接收所述叠加交流量的幅值和相位得到补偿交流量。
优选的，该补偿控制环还包括二阶广义积分模块，其位于所述带通滤波器和锁相环模块之间，正弦信号通过二阶广义积分模块得到相位相差为90°、幅值相同的标准正弦波，用于锁相环对输出纹波进行相位的锁相。
优选的，该带通滤波器为300Hz的带通滤波器。
优选的，该LLC谐振变换器的输出端电性连接负载。
本申请实施例提供一种直流充电模块，其搭载上述的LLC谐振变换器控制电路。
有益效果：
相对于现有技术中的方案，本申请提出的一种LLC谐振变换器控制电路，该电路将LLC谐振变换器输出的信号通过补偿控制环反馈给主控制环，由于输出纹波是固定周期的低频振荡，通过提取LLC谐振变换器输出端纹波的交流量，进行补偿控制得到补偿量并加到主控制环的外环的给定当中，从而超前补偿系统从而降低输出端的低频纹波。
附图说明
下面结合附图及实施例对本申请作进一步描述：
图1所示为充电模块的结构示意图。
图2所示为现有技术的LLC谐振变换器的结构示意图。
图3所示为本申请一实施例的LLC谐振变换器控制电路的示意图。
图4所示为本申请补偿控制环的具体控制电路的示意图。
图5所示为本申请LLC谐振变换器控制方法的流程示意图。
图6所示为本申请LLC谐振变换器控制方法的控制流程图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本申请而不限于限制本申请的范围。实施例中采用的实施条件可以如具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。
本申请揭示一种LLC谐振变换器控制电路，该电路包括：主控制环，主控制环包括输出电流环、输出电压环及谐振电流环，输出电流环及输出电压环的输出端电性连接谐振电流环的输入端，输出电流环和输出电压环的输出结果输入到谐振电流环中；LLC谐振变换器，其电性连接谐振电流环的输出端，LLC谐振变换器的输出信号分别反馈至主控制环的输出电流环、输出电压环和谐振电流环；补偿控制环，其输入端连接LLC谐振变换器，用于接收LLC谐振变换器的输出信号并反馈至主控制环(并将补偿信息反馈至主控制环)。该补偿控制环包括依次电性连接的带通滤波器，锁相环模块，纹波幅值闭环控制模块和补偿交流量整合模块，述带通滤波器电性连接LLC谐振变换器的输出端并从LLC谐振变换器的输出端提取特定频率的纹波信号，经锁相环模块和纹波幅值闭环控制模块得到叠加交流量的幅值和相位，补偿交流量整合模块接收叠加交流量的幅值和相位得到补偿交流量。
请参考图1所示为充电模块的系统结构示意图，充电模块包括前级模块和后级模块，前级模块1连接三相交流电，将三相交流电转换为直流电后输出给后级模块，后级模块根据负载的需求提供输出相应范围的电压。具体的，前级模块包括AC-DC变换器和控制模块，后级模块包括DC-DC变换器和控制模块，前级模块的AC-DC变换器是将三相交流电输入整流成直流电输出，为后级模块的DC-DC变换器提供直流母线，后级模块的DC-DC变换器是根据负载的需求提供相应的直流电压电流。
现有技术后级模块采用LLC谐振变换器，请参考图2所示，LLC谐振变换器利用电感与电容发生谐振使得电压电流实现过零切换，从而使得功率管实现零电压开通，减少开关损耗提高变换器的工作效率。控制模块包括控制器，驱动电路，谐振电流采样电路，输出电流采样电路和输出电压采样电路，控制器采样输出电流采样电路的输出电流，输出电压采样电路的输出电压以及谐振电流采样电路的谐振电流，根据采集的输出电压，输出电流和谐振电流进行闭环控制，输出电压和输出电流分别作为外环，谐振电流作为内环进行控制，稳定LLC谐振变换器的输出电压。
上述实施例虽然可以在一定程度上削弱低频谐波，但是也相应地抬高了高频段的增益，会引起高频振荡从而影响LLC谐振变换器的稳定。
请参考图3所示，本申请提供一种LLC谐振变换器控制电路，所述电路包括：主控制环10，LLC谐振变换器20、补偿控制环30以及负载40，所述主控制环10包括输出电流环11，输出电压环12和谐振电流环13，分别对采集的输出电流，输出电压和谐振电流进行闭环控制；所述LLC谐振变换器20连接所述主控制环10的谐振电流环，接收谐振电流环的传输的数据；所述补偿控制环10的输入端连接LLC谐振变换器20的输出端，用于接收谐振变换器20的输出信号，LLC谐振变换器20的输出端的输出信号分别反馈到输出电流环11和输出电压环12，接收补偿控制环30的补偿电流和补偿电压。本实施例中，LLC谐振变换器20的输出端的信号分别反馈到输出电流环11和输出电压环12，形成外环，LLC谐振变换器20的输出端的信号反馈到谐振电流环13形成内环，本申请可以不影响高频段的增益，大大提高低频段的增益，有效地降低输出端的低频纹波。
本申请LLC谐振变换器的输出端的主要低频纹波的频率是300Hz，补偿控制环主要通过提取LLC谐振变换器输出端的交流量进行补偿控制，从而锁相求得幅值并加到LLC谐振变换器和输出电流环、输出电压环形成的外环的给定当值中，从而超前补偿以降低输出端的低频纹波。LLC谐振变换器的输出端电性连接负载/电池。
在本申请的其中一实施例中，请参考图4所示，所述补偿控制环30包括依次连接的带通滤波器31，二阶广义积分模块32，锁相环模块33，纹波幅值闭环控制模块(Ud_PI)34和补偿交流量整合模块35，所述带通滤波器31从LLC谐振变换器20的输出端提取特定频率的正弦信号，正弦信号通过二阶广义积分模块的二阶广义积分得到一对相位相差90°、幅值相同的标准正弦波，标准正弦波在锁相环模块33中经过αβ/dq变换和锁相得到相应的位θ和幅值Ud，Ud是输出端纹波的幅值，幅值Ud经过纹波幅值闭环控制模块(Ud_PI)34的闭环控制得到叠加的交流量的幅值U*d，最后产生补偿交流量ac。
在本申请的其中一实施例中，所述带通滤波器31为300Hz的带通滤波器。
上述实施例的Ud_PI控制中，控制对象是输出端纹波的幅值Ud，目的是将输出纹波降低为0，对Ud进行闭环控制并使得Ud逐渐跟踪给定值0。控制对象与目标值的差值：err＝0-Ud。
由于积分项是根据误差err不断累加所得，当在纹波幅值较大时，Ud*的值也是不断增大所得到的补偿量也随之增大，输出端的纹波得到很好地衰减(Ud变小)，err也慢慢变小Ud*处于一个定值，最终输出达到稳定并且纹波也很小。
因此，补偿交流量ac叠加到外环控制的给定Ref上从而提高了系统控制的低频增益，在不增加高频段的增益下有效地降低了低频增益，降低了输出端的低频纹波。
本申请一实施例还提供一种包含上述LLC谐振变换器控制电路的直流充电模块。
本申请还提供一种LLC谐振变换器控制方法，请参考图5、图6所示，所述方法包括：
S10,获取LLC谐振变换器输出端的输出电压。LLC谐振变换器输出端的主要低频纹波的频率是300Hz。
S20，将输出电压通过预设频率的带通滤波器获取预设频率的正弦信号。将LLC谐振变换器输出电压通过300Hz的带通滤波器从输出端提取出频率为300Hz的正弦信号，带通滤波的离散传递函数如下：
y(n)＝k1*y(n-1)+k2*y(n-2)+k3*x(n)+k4*x(n-2)
S30,将正弦信号通过二阶广义积分模块得到相位差为90°、幅值相同的标准正弦波。离散传递函数如下：
a11*y1(n)+a21*y1(n-1)+a31y1(n-2)＝b11x(n)+b21x(n-1)+b31x(n-2)
a12*y2(n)+a22*y2(n-1)+a32y2(n-2)＝b12x(n)+b22x(n-1)+b32x(n-2)
S40，将标准正弦波通过锁相环模块，经过变换和锁相得到相位和幅值。
S50，将幅值通过纹波幅值闭环控制模块得到叠加交流量的幅值，经补偿交流量整合模块得到补偿交流量。
在锁相环模块的锁相环中经过αβ/dq变换和锁相得到相应的位θ和幅值Ud，Ud是输出端纹波的幅值。经过Ud_PI闭环控制得到叠加交流量的幅值U*d，最后产生补偿交流量ac。
其中在Ud_PI控制中，控制对象是输出端纹波的幅值Ud，目的是将输出纹波降低为0，对Ud进行闭环控制并使得Ud逐渐跟踪给定值0。控制对象与目标值的差值：err＝0-Ud。闭环控制计算公式如下：
Figure BDA0002621054300000081
由于积分项是根据误差err不断累加所得，当在纹波幅值较大时，Ud*的值也是不断增大所得到的的补偿量也随之增大，输出端的纹波得到很好地衰减(Ud变小)，err也慢慢变小Ud*处于一个定值，最终输出达到稳定并且纹波也很小。
因此，补偿交流量ac叠加到外环控制的给定Ref上从而提高了系统控制的低频增益，在不增加高频段的增益下有效地降低了低频增益，降低了输出端的低频纹波。
本申请所述的实施例可以使得系统在稳态的条件下，更好地降低输出端纹波，并且不会引入其他高频振荡，在动态条件下可以更好地控制谐振电流发生稳定输出。
上述实施例只为说明本申请的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人是能够了解本申请的内容并据以实施，并不能以此限制本申请的保护范围。凡如本申请精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本申请的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种LLC谐振变换器控制电路，其特征在于，所述电路包括：
主控制环，所述主控制环包括输出电流环、输出电压环及谐振电流环，所述输出电流环及所述输出电压环的输出端电性连接谐振电流环的输入端，所述输出电流环和输出电压环的输出结果输入到谐振电流环中；LLC谐振变换器，所述LLC谐振变换器电性连接所述谐振电流环的输出端，所述LLC谐振变换器的输出信号分别反馈至所述主控制环的输出电流环，输出电压环和谐振电流环；
补偿控制环，所述补偿控制环的输入端连接LLC谐振变换器，用于接收LLC谐振变换器的输出信号并反馈至主控制环。
2.根据权利要求1所述的LLC谐振变换器控制电路，其特征在于，
所述补偿控制环包括依次连接的带通滤波器，锁相环模块，纹波幅值闭环控制模块和补偿交流量整合模块，
所述带通滤波器电性连接LLC谐振变换器的输出端并从LLC谐振变换器的输出端提取特定频率的纹波信号，经锁相环模块和纹波幅值闭环控制模块得到叠加交流量的幅值和相位，所述补偿交流量整合模块接收所述叠加交流量的幅值和相位得到补偿交流量。
3.根据权利要求2所述的LLC谐振变换器控制电路，其特征在于，所述补偿控制环还包括二阶广义积分模块，其位于所述带通滤波器和锁相环模块之间，
正弦信号通过二阶广义积分模块得到相位相差为90°、幅值相同的标准正弦波，用于锁相环对输出纹波进行相位的锁相。
4.根据权利要求2所述的LLC谐振变换器控制电路，其特征在于，所述带通滤波器为300Hz的带通滤波器。
5.根据权利要求1所述的LLC谐振变换器控制电路，其特征在于，所述LLC谐振变换器的输出端电性连接负载。
6.一种直流充电模块，其特征在于，包含如权利要求1-5中任一项所述的LLC谐振变换器控制电路。
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