基于全桥cllc拓扑的dc-dc变换器优化控制方法
技术领域
1.本发明属于燃料电池dcdc控制器领域，尤其涉及一种基于全桥cllc拓扑的dc-dc变换器优化控制方法。
背景技术：2.全桥cllc拓扑可以实现升降压变换，具有宽范围电压输出的特点，其电感和电容的谐振易于实现软开关，被广泛应用于新能源产品中，如电动汽车的车载充电机和燃料电池隔离dc-dc变换器。
3.现有的全桥cllc拓扑的控制方式通常采用脉冲频率调制(pfm)方式进行数字pi控制，同步整流策略为副边整流管跟随原边驱动管动作，软起动策略为缓慢更新目标值进行环路调节。
4.现有的数字pi控制器有一个零极点和一个中低频零点。从应用于cllc后的频率响应分析数据可知，零极点使得低频衰减很快，仅通过一个零点也很难使得中低频相位增加的同时以理想的斜率穿越0db，很难兼得较大的中低频增益和较慢的中低频相位衰减。
5.现有的同步整流策略为副边整流管跟随原边驱动管动作，面临着cllc工作频率fs小于谐振频率fr时出现电流回灌的问题。
6.现有的软起动策略通过缓慢更新目标值进行环路调节，然而cllc轻载时系统特性与其它工况相差较大，需要开发独立的控制环路参数。
技术实现要素：7.为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种基于全桥cllc拓扑的dc-dc变换器优化控制方法。
8.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
9.一种基于全桥cllc拓扑的dc-dc变换器优化控制方法，
10.一、独立的软起动控制
11.1、计算目标电压和电流；
12.2、设置pwm起始频率、占空比和死区时间；
13.3、减小死区时间；
14.4、判断死区时间是否调节至最小值；
15.5、死区时间满足最小值后，减小pwm频率；
16.6、判断pwm频率是否小于设定的最小值；
17.7、如果判断pwm频率小于设定的最小值，则启动故障，关闭pwm，设置故障类型，最后结束；
18.8、如果判断pwm频率没有小于设定的最小值，则判断输出电压或电流与目标值的差值是否小于规定值；
19.9、如果判断输出电压或电流小于目标值的差值规定值，则设置环路类型，环路起
始目标值和反馈值，最后结束；
20.10、如果判断输出电压或电流大于目标值的差值规定值，则反馈至步骤5进行重新判断；
21.二、三极点两零点数字控制
22.三极点两零点数字控制的差分方程为
23.yn＝a1*y
n-1
+a2*y
n-2
+b0*xn+b1*x
n-1
+b2*x
n-2
，
24.其中
25.yn为环路运算的输出结果；
26.xn为环路运算的误差信号；
27.n表示当前拍参数；
28.n-1为对应前一拍参数；
29.n-2为对应前两拍参数；
30.三、同步整流控制
31.同步整流分为两种工况
32.工况一，cllc工作频率fs大于等于谐振频率fr时，副边整流管保持和原边开关管同步驱动；
33.工况二，cllc工作频率fs小于谐振频率fr时，在次级电流开关管电流为零时刻，即谐振电流等于励磁电流时刻，提前关闭同步整流管，提前关断的时间为：
[0034][0035]
优选地，所述的一种基于全桥cllc拓扑的dc-dc变换器优化控制方法，所述死区时间不满足最小值时，反馈至步骤3中直至满足死区时间的最小值。
[0036]
优选地，所述的一种基于全桥cllc拓扑的dc-dc变换器优化控制方法，所述死区时间的最小值为500ns。
[0037]
优选地，所述的一种基于全桥cllc拓扑的dc-dc变换器优化控制方法，所述数字控制采用输出电压环和输出电流环双环竞争方式，比较两个环路的计算结果，取相对较小值作为最终的工作频率。
[0038]
借由上述方案，本发明至少具有以下优点：
[0039]
本发明通过独立于环路的软起动控制避免了cllc轻载时特性突变难以进行数字环路控制的问题，且起动到稳态的速率变得可控；三极点两零点数字控制则可以增大系统的中低频增益和稳定裕度；另外优化的同步整流策略可以有效避免副边电流回灌问题。
[0040]
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
[0041]
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0042]
图1是本发明的软起动的流程；
[0043]
图2是本发明三极点两零点数字控制器增益和相位特性；
[0044]
图3是本发明基于三极点两零点数字控制器的双环竞争环路框图。
具体实施方式
[0045]
为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
[0046]
因此，以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0047]
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
[0048]
在本技术的描述中，需要说明的是，术语“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0049]
此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或竖直，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
[0050]
在本技术的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
[0051]
实施例
[0052]
如图1、图2和图3所示，一种基于全桥cllc拓扑的dc-dc变换器优化控制方法，
[0053]
一、软起动控制，
[0054]
1、计算目标电压和电流；
[0055]
2、设置pwm起始频率、占空比和死区时间；
[0056]
3、减小死区时间；
[0057]
4、判断死区时间是否调节至最小值；
[0058]
5、死区时间满足最小值后，减小pwm频率；
[0059]
6、判断pwm频率是否小于设定的最小值；
[0060]
7、如果判断pwm频率小于设定的最小值，则启动故障，关闭pwm，设置故障类型，最后结束；
[0061]
8、如果判断pwm频率没有小于设定的最小值，则判断输出电压或电流与目标值的差值小于规定值；
[0062]
9、如果判断输出电压或电流小于目标值的差值规定值，则设置环路类型，环路起始目标值和反馈值，最后结束；
[0063]
10、如果判断输出电压或电流大于目标值的差值规定值，则反馈至步骤5进行重新判断；
[0064]
二、三极点两零点数字控制，
[0065]
三极点两零点数字控制的差分方程为
[0066]yn
＝a1*y
n-1
+a2*y
n-2
+b0*xn+b1*x
n-1
+b2*x
n-2
，
[0067]
其中
[0068]yn
为环路运算的输出结果；
[0069]
xn为环路运算的误差信号；
[0070]
n表示当前拍参数；
[0071]
n-1为对应前一拍参数；
[0072]
n-2为对应前两拍参数；
[0073]
所述数字控制采用输出电压环和输出电流环双环竞争方式，比较两个环路的计算结果，取相对较小值作为最终的工作频率。
[0074]
三、同步整流控制
[0075]
同步整流分为两种工况
[0076]
工况一，cllc工作频率fs大于等于谐振频率fr时，副边整流管保持和原边开关管同步驱动；
[0077]
工况二，cllc工作频率fs小于谐振频率fr时，在次级电流开关管电流为零时刻，即谐振电流等于励磁电流时刻，提前关闭同步整流管，提前关断的时间为：
[0078][0079]
本发明所述死区时间不满足最小值时，反馈至步骤3中直至满足死区时间的最小值。
[0080]
本发明所述死区时间的最小值为500ns。
[0081]
本发明通过软起动控制，通过先调节占空比再调节频率的方式，即在最大控制频率点先进行pwm控制，直至占空比增大到50％后再进行pfm控制。此控制避免了轻载阶段控制环路参与调节，从而无需针对轻载工况进行环路设计；
[0082]
三极点两零点数字控制，在s域有一个零极点和两个中高频极点，两个中低频零点。针对cllc拓扑，三极点两零点数字控制可以灵活调节中低频段增益和相位，并使得增益曲线以理想斜率穿越0db，从而获得良好的动态响应和稳态性能；
[0083]
同步整流控制根据上述三极点两零点数字控制计算所得的工作频率fs大小，同cllc拓扑的谐振频率fr做比较，进行分段控制，避免发生副边电流回灌的现象。
[0084]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
技术特征：1.一种基于全桥cllc拓扑的dc-dc变换器优化控制方法，其特征在于：一、独立的软起动控制1、计算目标电压和电流；2、设置pwm起始频率、占空比和死区时间；3、减小死区时间；4、判断死区时间是否调节至最小值；5、死区时间满足最小值后，减小pwm频率；6、判断pwm频率是否小于设定的最小值；7、如果判断pwm频率小于设定的最小值，则启动故障，关闭pwm，设置故障类型，最后结束；8、如果判断pwm频率没有小于设定的最小值，则判断输出电压或电流与目标值的差值是否小于规定值；9、如果判断输出电压或电流小于目标值的差值规定值，则设置环路类型，环路起始目标值和反馈值，最后结束；10、如果判断输出电压或电流大于目标值的差值规定值，则反馈至步骤5进行重新判断；二、三极点两零点数字控制三极点两零点数字控制的差分方程为y
n
＝a1*y
n-1
+a2*y
n-2
+b0*x
n
+b1*x
n-1
+b2*x
n-2
，其中y
n
为环路运算的输出结果；x
n
为环路运算的误差信号；n表示当前拍参数；n-1为对应前一拍参数；n-2为对应前两拍参数；三、同步整流控制同步整流分为两种工况工况一，cllc工作频率f
s
大于等于谐振频率f
r
时，副边整流管保持和原边开关管同步驱动；工况二，cllc工作频率f
s
小于谐振频率f
r
时，在次级电流开关管电流为零时刻，即谐振电流等于励磁电流时刻，提前关闭同步整流管，提前关断的时间为：2.根据权利要求1所述的一种基于全桥cllc拓扑的dc-dc变换器优化控制方法，其特征在于：所述死区时间不满足最小值时，反馈至步骤3中直至满足死区时间的最小值。3.根据权利要求1或2所述的一种基于全桥cllc拓扑的dc-dc变换器优化控制方法，其特征在于：所述死区时间的最小值为500ns。4.根据权利要求1所述的一种基于全桥cllc拓扑的dc-dc变换器优化控制方法，其特征在于：所述数字控制采用输出电压环和输出电流环双环竞争方式，比较两个环路的计算结
果，取相对较小值作为最终的工作频率。
技术总结本发明涉及一种基于全桥CLLC拓扑的DC-DC变换器优化控制方法，包括一、独立的软起动控制；二、三极点两零点数字控制；三、同步整流控制。本发明避免了轻载阶段控制环路参与调节，从而无需针对轻载工况进行环路设计，同时还能避免发生副边电流回灌的现象。避免发生副边电流回灌的现象。避免发生副边电流回灌的现象。
技术研发人员：李刚 周洪雷 董震 董清华 杨梦军
受保护的技术使用者：苏州溯驭技术有限公司
技术研发日：2022.03.15
技术公布日：2022/7/4
