一种适用于LLC全桥直流变换器反向放电的控制方法与流程

本技术涉及电力电子变流器领域，具体涉及一种适用于llc全桥直流变换器反向放电的控制方法。

背景技术：

1、随着新能源储能产品以及电池设备相关领域的快速发展，应用功率型电池的场景越来越多，诸如动力锂电池，氢能源电池等，因此对可以宽范围电池电压进行双向变换的电源产品需求也越来越多，这些电源产品用于匹配给电池进行充放电，但由于锂电池等的天然宽电压范围特性，以及考虑不能数节串联电池的兼容性，电源产品所需对应的电压范围也加大，因此传统的llc控制方式，尤其是反向放电控制方法已经不适应现在的技术要求了，需要在技术方法上进行提升。

2、公开号为cn116155108b的专利文献公开了《一种可宽范围稳压的双向llc谐振式直流变换器控制方法》，其中所提到的控制方法，相比其他传统的固定在谐振频率调节占空比或者移相控制，或直接进行满占空比的变频控制方法，已经可以在llc全桥变换器拓扑实现较宽范围的调压以及较大程度的软开关，但是按照所述控制方法在反向降压模式下，次级全桥开关管关闭时可能会有较大电流，同时在升压模式下轻载也会产生较大的无功环流回灌，从而导致成本上升以及损耗增大甚至可靠性降低，进而影响效率及开关管选型使用。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，提供一种适用于llc全桥直流变换器反向放电的控制方法，改善和优化现有llc全桥变换器控制技术存在的不适应反向宽范围稳压变换应用场景，只能部分功率段或者电压段实现软开关，以及无功环流较大的问题。

2、本发明采用的技术方案是：一种适用于llc全桥直流变换器反向放电的控制方法，所述控制方法包括如下步骤：

3、s100：通过外部控制器读取相关设置条件及采样信号，并判断外部工作条件是否满足正常工作条件以及所述llc全桥直流变换器是否需要工作在反向放电模式；如果外部控制器判断所述llc全桥直流变换器需要工作在正向工作模式或者其他工作模式则继续执行相关工作模式，如果外部控制器判断满足工作条件且所述llc全桥直流变换器需要工作在反向放电模式执行步骤s200；

4、s200：进入llc全桥直流变换器反向放电控制模式，在该模式下，次级全桥变换单元侧的第二直流电源为输入，初级全桥变换单元侧的第一直流电源为输出或负载端；如果通过外部控制器判断llc全桥直流变换器需要实现输入电压的降压控制或者控制输出增益≤1，则记为降压模式，如果通过外部控制器判断llc全桥直流变换器需要实现输入电压的升压控制或者控制输出增益≥1，则记为升压模式；以串联谐振单元谐振周期的45～55％作为参考时间t0，将2倍的t0时间记为参考时间t0，对应时间下的开关频率记为f0；llc全桥直流变换器的串联谐振频率记为fr，对应的串联谐振周期记为tr；开关管工作频率记为fs，对应工作周期记为ts；根据输入及输出端的电压反馈调整频率到对应的升压模式或降压模式并进行工作；

5、s300：当llc全桥直流变换器工作在降压模式时，施加给次级全桥变换单元中开关管的工作频率fs低于或等于串联谐振频率fr，llc全桥直流变换器中各个开关管的驱动包含死区在内的总占空比≤50％；施加给次级全桥变换单元中轮换导通的每组斜对角开关管其中一个上管或者下管的驱动为最大占空比，且轮换导通的每组斜对角开关管的有效共同导通时间设置为所述参考时间t0；同时给初级全桥变换单元中连接隔离变压器同名端的对应开关管施加驱动协同次级全桥变换单元的开关变换，施加给初级全桥变换单元中轮换导通的每组斜对角开关管其中一个上管或者下管的驱动为最大占空比，且轮换导通的每组斜对角开关管的驱动有效共同导通时间与次级全桥变换单元的有效共同导通时间一致；在降压模式下，次级全桥变换单元中开关管的工作频率越低，降压越多，工作频率最低不低于串联谐振单元的串联谐振频率fr的50％，工作频率越接近fr，输入电压及输出电压增益越接近1，若输出电压需要升压，则需要提升工作频率fs进入升压模式；

6、s400：当llc全桥直流变换器工作在升压模式时，施加给次级全桥变换单元中开关管的工作频率fs高于或等于串联谐振频率fr；llc全桥直流变换器中各开关管的驱动包含死区在内的总占空比≤50％；将t0/2减去ts/2，记为参考时间td，施加给次级全桥变换单元中轮换导通的每组斜对角开关管其中一个上管或者下管的驱动为最大占空比，另外一个下管或上管则相对提前参考时间td关闭，次级全桥变换单元中轮换导通的每组斜对角开关管的有效共同导通时间为ts/2减去死区时间和参考时间td；同时对初级全桥变换单元中连接隔离变压器初级侧同名端的对应开关管施加滞后时间为参考时间td的驱动协同次级全桥变换单元的变换，施加给初级全桥变换单元中轮换导通的每组斜对角开关管其中一个上管或者下管的驱动为最大占空比，同时斜对角开关管中的另外一个开关管则相对提前2倍参考时间td关闭，初级全桥变换单元中轮换导通的每组斜对角开关管的驱动有效共同导通时间为ts/2减去死区时间及2倍td；在升压模式下，次级全桥变换单元中开关管的工作频率越高，升压能力越强，工作频率越接近串联谐振频率fr，输入电压及输出电压增益越接近1，若输出电压需要降压，则需要降低工作频率需要转入降压模式。

7、进一步地，当所述llc全桥直流变换器在所述升压模式下并带重载工作时，根据初级全桥变换单元所接输出功率的大小或者输出功率与所设计额定功率的比值，将次级全桥变换单元中轮换导通的每组斜对角开关管驱动相对提前关闭的时间从参考时间td开始逐步缩小，最小缩小至零，或将初级全桥变换单元中轮换导通的每组斜对角开关管中驱动相对提前关闭的时间从2倍的参考时间td开始逐步缩小，最小缩小至零；输出功率越大，相对提前关闭的时间就越小。

8、进一步地，当所述llc全桥直流变换器在所述升压模式下并带轻载工作时，根据初级全桥变换单元所接输出功率的大小或者输出功率与所设计额定功率的比值，将初级全桥变换单元中轮换导通的每组斜对角开关管中相对提前关闭时间为2倍参考时间td的开关管的驱动减少为零，然后调节将次级全桥变换单元中轮换导通的每组斜对角开关管中驱动相对提前关闭时间从参考时间td逐步扩大，输出功率越小，提前关闭的时间就越大。

9、进一步地，在所述降压模式下，当次级全桥变换单元中开关管的工作频率fs低于所述串联谐振频率fr并已经下降到设置的频率或者频率下限时，逐步扩大初级全桥变换单元中轮换导通的每组斜对角开关管的有效导通占空比，或者逐步缩小次级全桥变换单元中轮换导通的每组斜对角开关管的有效导通占空比，或者同时缩小初级及次级全桥变换单元中轮换导通的每组斜对角开关管的有效导通占空比实现输出电压继续降压。

10、进一步地，在所述升压模式下，当次级全桥变换单元中开关管的工作频率fs高于所述串联谐振频率fr并已经达到设置的频率或者频率上限时，将协同次级全桥变换单元变换的初级全桥变换单元中连接隔离变压器同名端的开关管驱动所施加的滞后时间从参考时间td继续扩大，可实现继续升压。

11、进一步地，所述llc全桥直流变换器包括依次连接的第一直流电源v1、第一滤波电容c1、初级全桥变换单元、串联谐振单元、隔离变压器tra、次级全桥变换单元、第二滤波电容c2和第二直流电源v2；

12、所述初级全桥变换单元包括第一全桥变换器，所述第一全桥变换器包括第一开关管q1、第二开关管q2、第三开关管q3和第四开关管q4，所述第一开关管q1和第四开关管q4构成一组斜对角开关管，所述第二开关管q2和第三开关管q3构成一组斜对角开关管；第一直流电源v1的正端口dc1+连接第一开关管q1的漏极和第二开关管q2的漏极，第一直流电源v1的负端口dc1-连接第三开关管q3的源极和第四开关管q4的源极；所述串联谐振单元中的谐振电容cr一端连接第一开关管q1的源极和第三开关管q3的漏极，另一端连接串联谐振单元中谐振电感lr的一端，谐振电感lr的另外一端连接隔离变压器tra初级侧异名端，隔离变压器tra初级侧同名端连接第二开关管q2的源极和第四开关管q4的漏极；

13、所述串联谐振单元由谐振电容cr和谐振电感lr串联而成，其串联谐振频率其中，lr表示谐振电感lr的电阻值，cr表示谐振电容cr的电容值；所述隔离变压器tra为包含励磁电感lm的隔离变压器，或由隔离变压器与励磁电感lm并联形成的隔离变压器；

14、所述次级全桥变换单元包括第二全桥变换器，所述第二全桥变换器包括第五开关管q5、第六开关管q6、第七开关管q7和第八开关管q8，所述第五开关管q5和第八开关管q8构成一组斜对角开关管，所述第六开关管q6和第七开关管q7构成一组斜对角开关管；隔离变压器tra次级侧异名端连接次级全桥变换单元中第六开关管q6的源极和第八开关管q8的漏极，隔离变压器tra次级侧同名端连接次级全桥变换单元中第五开关管q5的源极和第七开关管q7的漏极；次级全桥变换单元的第六开关管q6的漏极和第五开关管q5的漏极均连接第二直流电源v2的正端口dc2+，第七开关管q7的源极和第八开关管q8的源极均连接第二直流电源v2的负端口dc2-。

15、进一步地，所述llc全桥直流变换器在仅作单方向反向放电使用，工作为反向逆变模式时，将初级全桥变换单元中的每组斜对角开关管中的一个开关管换作整流二极管，此时若所述llc全桥直流变换器工作在降压模式下，对初级全桥变换单元中余下的开关管施加驱动进行同步整流或者最大占空比，若所述llc全桥直流变换器工作在升压模式下，则对初级全桥变换单元中余下的开关管施加滞后时间为参考时间td的最大占空比驱动协同次级全桥变换单元的变换，所述最大占空比驱动包含不超过50％开关周期的死区时间。

16、进一步地，所述次级全桥变换单元还可以是能进行双向变换的全波整流电路或者倍压整流电路，当次级全桥变换单元中开关管的工作频率fs≤fr时，施加在所述全波整流电路或者倍压整流电路中开关管的驱动有效导通时间为t0，当次级全桥变换单元中开关管的工作频率fs≥fr时，施加在所述全波变换单元开关管的驱动为最大占空比，包含死区时间为50％。

17、进一步地，所述第一直流电源还可以是三电平直流电源，即除正端口和负端口外，还会增加一个零电压中间端口，此时所述初级全桥变换单元中的两个桥臂为“i”型三电平桥臂、“t”型三电平桥臂、两种三电平桥臂的组合或两种三电平桥臂分别与两电平桥臂进行组合。

18、进一步地，所述隔离变压器tra还可以是多绕组变压器，并且每个绕组均连接整流或逆变单元进行耦合变换，以获得除第一直流源和第二直流源以外的其他耦合电压。

19、本发明的有益效果在于：

20、(1)从稳压范围上，通过对初级全桥变换单元及次级全桥变换单元的开关管配合施加特有的协同驱动信号，并通过调节频率可实现反向放电宽范围的升压和降压调节；

21、(2)从效率上，除因单级变换从而提高了效率外，还减少了无功环流，并降低了次级开关管的关闭电流，有效提高效率；

22、(3)从软开关实现上，相比现有的双向llc变换器的放电控制方法可以更好的满足宽范围电压下不同负载的软开关实现；

23、(4)由于llc全桥仅仅一级，从结构上可以实现极简化控制，使得性能更加稳定，综合性价比高。