基于THD算法的LLC变换谐振点自动跟踪方法的研究与实现

摘要

近年来，随着通信及数据产业的发展，对系统和设备的供电结构和电源产品的各项指标的要求也越来越高。中间母线变换器因其效率高、功率密度高、可靠性高、成本低以及系统升级容易等优点，已经成为分布式电源系统中发展最为迅速的一部分。目前，中间母线变换器所采用的拓扑中大多为稳压型DC/DC变换器，且主要以PWM控制下的拓扑为主。然而，其较大的开关损耗限制了频率的提高，从而限制了功率密度的提高。因此，人们开始青睐具有较小开关损耗的谐振变换器。由于LLC并联谐振变换器具有全负载范围内软开关、磁性元件易于集成和输入电压范围较宽等优点，而且其较高的开关频率，使能达到较高的功率密度，因此在电力电子行业内得到了广泛的关注，尤其是用作于中间母线变换器。对于一个LLC并联谐振变换器来说，为了获得最高的工作效率，理想的工作状态就是使其开关频率与谐振频率保持一致。在实际应用中，由于器件本身的参数误差和工作环境的变化，加之绝大多数的谐振变换器工作在开环条件下，使得在实际的变换器拓扑中工作开关频率往往与其设计谐振频率有一定的偏差。这种情况下，由于变换器难以达到理想的工作状态，因此造成了大量的功率损耗。
　　为了解决这一关键问题，本文对目前广泛使用的LLC并联谐振变换器拓扑以及传统开关频率控制方案进行了深入分析，并在此基础上提出了一种基于谐振电流总谐波失真算法的开关频率控制方案。在理论上，当开关频率工作在变换器的谐振频率时，LLC并联谐振变换器的原边谐振电流呈纯正弦波形态。基于这一显著特征，本文提出了一种闭环校正控制方法。该方法通过计算原边谐振电流的总谐波失真值，来控制谐振变换器的开关频率使失真度达到最小，从而实现了自动跟踪谐振频率以及提高LLC并联谐振变换器的工作效率的目的。
　　本文首先使用MATLAB的Simulink进行理论仿真，验证控制算法的准确性;然后把现有LLC并联谐振变换器和在FPGA开发板上搭建的控制平台连在一起，进行综合实验;并在实验过程中实时的与仿真结果进行对比，综合验证控制方案的准确性与可行性。通过仿真和实验的结果证明，基于谐振电流总谐波失真算法的开关频率控制方案能够有效的将开关频率锁定在LLC并联谐振变换器实际的谐振频率点上。
　　通过研究表明，这是一种行之有效的自动控制LLC并联谐振变换器的方法。通过使用这种方法，可以在不增加大量其它元器件的基础上提高其效率，对之后电源产品的升级有一定的帮助。