宽调压范围谐振变换器的最优轨迹脉冲跨周期控制方法

本发明属于电力电子变换器，涉及一种宽调压范围谐振变换器的最优轨迹脉冲跨周期控制方法。

背景技术：

1、谐振式变换器在现代生活中扮演着不可或缺的角色。谐振式变换器凭借其独特的软开关机制，实现了高效的能量转换和优化的开关性能。它能够在较宽的输入电压和负载变化范围内保持高效率，同时减少电磁干扰和开关损耗，从而确保了系统的稳定性和可靠性。此外，谐振式变换器还具有体积小、重量轻、功率密度高等优点，使其在工业电源领域得到广泛应用。

2、目前而言，谐振式变换器还面临诸多挑战。比如在轻负载条件下，调压能力差。针对这一问题，已经有多种解决方案但都不完美。例如全桥半桥重塑，在切换的过程中会存在输出的大幅波动且暂态过程中存在谐振电感电流和谐振电容电压尖峰。对装置器件的电压、电流应力造成了挑战。因此采取新的控制策略来拓宽变换器的增益范围并消除谐振电感电流和谐振电容电压瞬态尖峰，成为了当前的研究难点和重点。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种宽调压范围谐振变换器的最优轨迹脉冲跨周期控制方法，该方法实现原副边开关管的软开关并消除谐振电感电流和谐振电容电压尖峰。

2、为达到上述目的，本发明公开了一种宽调压范围谐振变换器的最优轨迹脉冲跨周期控制方法，基于最优轨迹控制，包括以下步骤：

3、获取谐振变换器中输出负载两端的电压信号或流经输出负载的电流信号；

4、根据所述输出负载两端的电压信号或流经输出负载的电流信号，采用基于最优轨迹控制的脉冲跨周期调制策略或含有该调制策略的混合控制策略，在若干开关周期内对原边逆变模块及周波变换器跨过的脉冲数量进行控制，以调整对应开关周期内的平均输出功率，拓宽谐振变换器的调压范围。

5、在跨过的周期内，原边逆变模块中的原边第一开关、原边第二开关、原边第三开关及原边第四开关保持关断；

6、在非跨过的周期内，当第一个驱动脉冲到来时，采用最优轨迹控制，使得谐振变换器跟踪到稳态工作轨迹。

7、根据不同的需求和控制器资源来确定被跨周期的步长，被跨周期的步长是任意的。

8、当输出负载两端的电压信号下降至额定电压的0.8倍时，则原边逆变模块及周波变换器跨过20％的脉冲；

9、当输出负载两端的电压信号下降至额定电压的0.6倍时，则原边逆变模块及周波变换器跨过40％的脉冲；

10、当输出负载两端的电压信号下降至额定电压的0.4倍时，则原边逆变模块及周波变换器跨过60％的脉冲；

11、当输出负载两端的电压信号下降至额定电压的0.2倍时，则原边逆变模块及周波变换器跨过80％的脉冲。

12、谐振变换器的类型包括但不限于：基于llc谐振腔的变换器、基于lcc谐振腔的变换器、基于lclc谐振腔的变换器、基于cllc谐振腔的变换器、基于lc串联谐振的变换器及基于lc并联谐振的变换器。

13、所述采用基于最优轨迹控制的脉冲跨周期调制混合控制策略包括但不限于：最优轨迹控制和脉冲频率调制的混合控制策略、最优轨迹控制和脉冲相移调制的混合控制策略、最优轨迹控制和脉冲宽度调制的混合控制策略以及最优轨迹控制和全桥半桥重塑的混合控制策略。

14、当输出负载两端的电压信号为正时，则周波变换器中的副边第二开关管及副边第四开关管关断，周波变换器中的副边第一开关管及副边第三开关管导通，为输出负载传输能量；当输出负载两端的电压信号高于预设参考电压信号或流经输出负载的电流信号高于预设参考电流信号时，则将原边逆变模块中的原边第一开关、原边第二开关、原边第三开关及原边第四开关保持关断；当原边逆变模块中的原边第一开关、原边第二开关、原边第三开关及原边第四开关保持关断预设时间后，此时仍然输出负载两端的电压信号高于预设参考电压信号或流经输出负载的电流信号高于预设参考电流信号时，则将周波变换器中的副边第一开关管及副边第三开关管关断，将周波变换器中的副边第二开关管及副边第四开关管导通，使得输出负载两端的电压信号为负或者流经输出负载的电流信号为负。

15、当输出负载两端的电压信号为负时，则将波变换器中的副边第一开关管及副边第三开关管关断，将周波变换器中的副边第二开关管及副边第四开关管导通；当输出负载两端的电压信号高于预设参考电压信号或流经输出负载的电流信号高于预设参考电流信号时，则将原边逆变模块中的原边第一开关、原边第二开关、原边第三开关及原边第四开关保持导通，为输出负载传输能量；当输出负载两端的电压信号低于预设参考电压信号或流经输出负载的电流信号低于预设参考电流信号时，则将原边逆变模块中的原边第一开关、原边第二开关、原边第三开关及原边第四开关关断，当预设时间后，仍然输出负载两端的电压信号低于预设参考电压信号或流经输出负载的电流信号低于预设参考电流信号时，则将周波变换器中的副边第二开关管及副边第四开关管关断，将周波变换器中的副边第一开关管及副边第三开关管导通，使得输出负载两端的电压信号为正或者流经输出负载的电流信号为正。

16、本发明具有以下有益效果：

17、本发明所述的宽调压范围谐振变换器的最优轨迹脉冲跨周期控制方法在具体操作时，根据所述输出负载两端的电压信号或流经输出负载的电流信号，采用基于最优轨迹控制的混合控制策略，调整对应开关周期内的平均输出功率，在跨过的周期内，开关管保持关断状态，减小开关损耗，在非跨周期内，谐振变换器存在一个稳态工作轨迹，当非跨周期的第一个脉冲到来时，采用最优轨迹控制使其最快追踪到稳态工作轨迹，消除谐振电感电流和谐振电容电压瞬态尖峰。

技术特征：

1.一种宽调压范围谐振变换器的最优轨迹脉冲跨周期控制方法，其特征在于，基于谐振变换器最优轨迹控制，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的宽调压范围谐振变换器的最优轨迹脉冲跨周期控制方法，其特征在于，在跨过的周期内，原边逆变模块中的原边第一开关、原边第二开关、原边第三开关及原边第四开关保持关断；

3.根据权利要求1所述的宽调压范围谐振变换器的最优轨迹脉冲跨周期控制方法，其特征在于，根据不同的需求和控制器资源来确定被跨周期的步长，被跨周期的步长是任意的。

4.根据权利要求3所述的宽调压范围谐振变换器的最优轨迹脉冲跨周期控制方法，其特征在于，当输出负载两端的电压信号下降至额定电压的0.8倍时，则原边逆变模块及周波变换器跨过20％的脉冲；

5.根据权利要求1所述的宽调压范围谐振变换器的最优轨迹脉冲跨周期控制方法，其特征在于，谐振变换器的类型包括但不限于：基于llc谐振腔的变换器、基于lcc谐振腔的变换器、基于lclc谐振腔的变换器、基于cllc谐振腔的变换器、基于lc串联谐振的变换器及基于lc并联谐振的变换器。

6.根据权利要求1所述的宽调压范围谐振变换器的最优轨迹脉冲跨周期控制方法，其特征在于，所述采用基于最优轨迹控制的脉冲跨周期调制混合控制策略包括但不限于：最优轨迹控制和脉冲频率调制的混合控制策略、最优轨迹控制和脉冲相移调制的混合控制策略、最优轨迹控制和脉冲宽度调制的混合控制策略以及最优轨迹控制和全桥半桥重塑的混合控制策略。

7.根据权利要求1所述的宽调压范围谐振变换器的最优轨迹脉冲跨周期控制方法，其特征在于，当输出负载两端的电压信号为正时，则周波变换器中的副边第二开关管及副边第四开关管关断，周波变换器中的副边第一开关管及副边第三开关管导通，为输出负载传输能量；当输出负载两端的电压信号高于预设参考电压信号或流经输出负载的电流信号高于预设参考电流信号时，则将原边逆变模块中的原边第一开关、原边第二开关、原边第三开关及原边第四开关保持关断；当原边逆变模块中的原边第一开关、原边第二开关、原边第三开关及原边第四开关保持关断预设时间后，此时仍然输出负载两端的电压信号高于预设参考电压信号或流经输出负载的电流信号高于预设参考电流信号时，则将周波变换器中的副边第一开关管及副边第三开关管关断，将周波变换器中的副边第二开关管及副边第四开关管导通，使得输出负载两端的电压信号为负或者流经输出负载的电流信号为负。

8.根据权利要求1所述的宽调压范围谐振变换器的最优轨迹脉冲跨周期控制方法，其特征在于，当输出负载两端的电压信号为负时，则将波变换器中的副边第一开关管及副边第三开关管关断，将周波变换器中的副边第二开关管及副边第四开关管导通；当输出负载两端的电压信号高于预设参考电压信号或流经输出负载的电流信号高于预设参考电流信号时，则将原边逆变模块中的原边第一开关、原边第二开关、原边第三开关及原边第四开关保持导通，为输出负载传输能量；当输出负载两端的电压信号低于预设参考电压信号或流经输出负载的电流信号低于预设参考电流信号时，则将原边逆变模块中的原边第一开关、原边第二开关、原边第三开关及原边第四开关关断，当预设时间后，仍然输出负载两端的电压信号低于预设参考电压信号或流经输出负载的电流信号低于预设参考电流信号时，则将周波变换器中的副边第二开关管及副边第四开关管关断，将周波变换器中的副边第一开关管及副边第三开关管导通，使得输出负载两端的电压信号为正或者流经输出负载的电流信号为正。

技术总结本发明公开了一种宽调压范围谐振变换器的最优轨迹脉冲跨周期控制方法，基于谐振变换器宽范围调压，包括以下步骤：获取谐振变换器中输出负载两端的电压信号或流经输出负载的电流信号；根据所述输出负载两端的电压信号或流经输出负载的电流信号，采用基于最优轨迹控制的脉冲跨周期调制控制策略，在若干开关周期内对原边逆变模块及周波变换器跨过的脉冲数量进行控制，以调整对应开关周期内的平均输出功率，拓宽谐振变换器的调压范围，该方法实现原副边开关管的软开关并消除谐振电感电流尖峰。技术研发人员：周翔,宋子豪,王来利受保护的技术使用者：西安交通大学技术研发日：技术公布日：2024/10/10