适应快速负载突变的LLC变换器最优状态轨迹控制方法
专利汇可以提供适应快速负载突变的LLC变换器最优状态轨迹控制方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开一种适应快速负载突变的LLC变换器最优状态轨迹控制方法，该方法通过识别LLC谐振变换器负载状态的变化，采用最优状态轨迹控制使变换器状态变量迅速调整至目标工作点，在负载 电流 快速变化情况下动态响应速度快，实现了LLC谐振变换器在脉冲型负载等快速负载突变的条件下稳定可靠工作。，下面是适应快速负载突变的LLC变换器最优状态轨迹控制方法专利的具体信息内容。
1.适应快速负载突变的LLC变换器最优状态轨迹控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，以LLC谐振变换器的谐振电容电压和谐振电感电流作为状态变量，建立LLC谐振变换器的状态轨迹模型；
步骤二，在LLC谐振变换器开机启动后，检测LLC谐振变换器的输出电压和负载电流，并判断负载状态与负载跳变情况；
步骤三，根据步骤二，如果负载没有跳变，且LLC谐振变换器工作于轻载或完全空载状态，则系统进入滞环控制模式；
步骤四，根据步骤二，如果负载没有跳变，且LLC谐振变换器工作于重载或满载状态，则系统进入线性控制模式；
步骤五，根据步骤二，如果负载由重载或满载状态跳变至轻载或完全空载状态，则系统直接进入滞环控制模式；
步骤六，根据步骤二，如果负载由轻载或完全空载状态跳变至重载或满载状态，则系统进入状态轨迹控制模式；
步骤七，根据步骤一和步骤六，如果LLC谐振变换器当前工作于滞环控制模式且处于关机状态，则此时LLC谐振变换器的状态轨迹为一个点，系统计算目标工作点状态轨迹半径，并计算该情况下对应的最优状态轨迹控制模式一的脉宽宽度；
步骤八，根据步骤一和步骤六，如果LLC谐振变换器当前工作于线性控制模式或工作于滞环控制模式且处于开机状态，则此时LLC谐振变换器的状态轨迹为一个圆，系统直接根据跳变前后负载电流的大小计算该情况下对应的最优状态轨迹控制模式二的脉宽宽度；
步骤九，根据步骤三、步骤四、步骤七和步骤八，系统给出LLC谐振变换器开关管的驱动信号；
步骤十，若收到关机指令或保护指令，系统关断LLC谐振变换器所有开关管并关机，否则执行步骤二，进入新一轮控制循环。
2.根据权利要求1所述的适应快速负载突变的LLC变换器最优状态轨迹控制方法，其特征在于，系统进入状态轨迹控制模式之前，先确定LLC谐振变换器的状态轨迹模型，再选择谐振电容电压VCr和谐振电感电流ILr作为状态变量，其中全桥LLC谐振变换器的状态轨迹模型建立如下：
全桥LLC谐振变换器包括第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3、第四开关管Q4、谐振电感Lr、谐振电容Cr、变压器励磁电感Lm、匝比为n:1:1的变压器、第一二极管D1、第二二极管D2、输入电容Cin、输出电容Co、输入电压Vin和输出电压Vo，第一开关管Q1与第三开关管Q3串联构成第一桥臂，第二开关管Q2与第四开关管Q4串联构成第二桥臂，其中开关管Q1-Q4均为MOS管；谐振电感Lr、谐振电容Cr以及匝比为n:1:1的变压器构成LLC谐振变换器的谐振腔；第一二极管D1与第二二极管D2是LLC谐振变换器副边的整流二级管；LLC谐振变换器工作于其两元件谐振频率fr，其中两元件谐振频率计算公式如下：
对其所有的电压变量按照LLC谐振变换器的输入电压Vin进行标幺化，对其所有的电流变量按照Vin/Z0进行标幺化，其中Z0为两元件特征阻抗：
状态变量的谐振电感电流iLr和谐振电容电压vCr标幺化后的值为iLrN与vCrN，建立LLC谐振变换器的相平面模型；当谐振频率时，LLC谐振变换器工作于两元件谐振频率fr时，有Vin＝nVo，其中Vin是输入电压，Vo是输出电压，n是LLC谐振变换器中变压器的匝比，此时LLC谐振变换器的状态轨迹是以原点为圆心的圆，其方程如下：
vCrN2+iLrN2＝ρ2 (3)
其中ρ是圆轨迹的半径，数值上等于谐振电流峰值的标幺值：
iRMS是LLC谐振变换器的谐振电流有效值，计算公式如下：
其中Tr为两元件谐振频率下的开关周期，Lm是变压器励磁电感，io为负载电流。
3.根据权利要求1所述的适应快速负载突变的LLC变换器最优状态轨迹控制方法，其特征在于，步骤二中的负载检测通过直接检测负载电流实现；负载跳变通过检测输出电压实现，当负载由轻载或完全空载状态跳变至重载或满载状态时，输出电压会显著跌落，当负载由重载或满载状态跳变至轻载或完全空载状态时，输出电压会明显抬升。
4.根据权利要求1所述的适应快速负载突变的LLC变换器最优状态轨迹控制方法，其特征在于，步骤三和步骤五中的滞环控制模式包括以下两种状态：
a.开机状态，在该状态下LLC谐振变换器以两元件谐振频率fr为开关频率工作，轻载或完全空载状态时，输出电压上升；开机状态下，当输出电压上升至超过设定阈值，LLC谐振变换器的状态切换至关机状态；
b.关机状态，在该状态下LLC谐振变换器全部开关管关断，轻载或完全空载状态时，输出电压下降；关机状态下，当输出电压下降至低于设定阈值，LLC谐振变换器的状态切换至开机状态。
5.根据权利要求1所述的适应快速负载突变的LLC变换器最优状态轨迹控制方法，其特征在于，步骤四中的线性控制模式采用包括比例积分和比例积分微分在内的传统控制方法，受控对象是输出电压Vo，采用通过调节LLC谐振变换器开关频率来调整LLC谐振变换器的电压增益的调频控制方法。
6.根据权利要求1所述的适应快速负载突变的LLC变换器最优状态轨迹控制方法，其特征在于，步骤七的计算过程如下：
最优状态轨迹控制模式一由连续的三个脉宽组成，其中第一个脉宽Δt01和第三个脉宽Δt23对应第一开关管Q1和第四开关管Q4开通的时间，第二个脉宽Δt12对应第二开关管Q2和第三开关管Q3开通的时间；LLC谐振变换器工作于滞环控制模式且处于关机状态时，其状态轨迹为原点O；若此时第一开关管Q1和第四开关管Q4开通，LLC谐振变换器的状态轨迹为一个椭圆，其方程如下：
其中Z1为三元件特征阻抗：
这段轨迹对应角频率是三元件谐振角频率ω0：
目标工作点状态轨迹由式(3)求得；第一个脉宽Δt01对应t0时刻到t1时刻状态轨迹由O点转移至C点，Δt01的解析计算公式如下：
第二个脉宽Δt12对应t1时刻到t2时刻状态轨迹由C点转移至B点，Δt12表示为：
其中ωr是两元件谐振角频率：
代入电角度α和β的解析几何表达式，Δt12的计算公式为：
最后第三个脉宽Δt23对应t2时刻到t3时刻状态轨迹由B点转移至A点，LLC谐振变换器开始以两元件谐振频率fr工作，Δt23即为该频率下的半周期：
当前模式最优状态轨迹控制完成后，LLC谐振变换器的状态轨迹工作点在一个开关周期内由初始状态的原点转移至重载或满载状态的圆轨迹上，实现了LLC谐振变换器由轻载至重载的平滑过渡；若此次负载跳变后负载大小恒定，则最优状态轨迹控制模式一完成后系统进入线性控制模式对LLC谐振变换器进行精细控制。
7.根据权利要求1所述的适应快速负载突变的LLC变换器最优状态轨迹控制方法，其特征在于，步骤八的计算过程如下：
最优状态轨迹控制模式二是通过在一个开关周期内分别等量地增加第一开关管Q1和第四开关管Q4以及第二开关管Q2和第三开关管Q3的导通时间，将状态轨迹由轻载稳态轨迹上的O’点分两步转移至重载稳态轨迹上的B点，增加的导通时间记为脉宽ΔtUP。O’点与B点分别是两个稳态相轨迹上谐振电流iLr与激磁电流iLm相等的点；由此可求得O’点与B点横坐标的绝对值：
其中IHL是负载增加后的负载电流，ILL是负载增加前的负载电流；
由于ΔtUP较小，两次轨迹变化的时间都较短，而在LLC谐振变换器设计中变压器励磁电感Lm较大，近似认为轨迹变化时励磁电流为最大值不变：
标幺化得：
由此，ΔtUP的计算公式如下：
当前模式最优状态轨迹控制完成后，LLC谐振变换器的状态轨迹工作点在一个开关周期内由轻载状态圆轨迹转移至重载或满载状态的圆轨迹上，实现了LLC谐振变换器由轻载至重载跳变的平滑过渡；若此次负载跳变后负载大小恒定，则最优状态轨迹控制模式二完成后系统进入线性控制模式对LLC谐振变换器进行精细控制。
8.根据权利要求1所述的适应快速负载突变的LLC变换器最优状态轨迹控制方法，其特征在于，步骤五的具体控制如下：
LLC谐振变换器在由重载或满载状态跳变至轻载或完全空载状态时处于线性控制状态，负载减轻会使LLC谐振变换器输出电压升高；若负载减轻幅度较小，LLC谐振变换器输出电压升高幅度亦不大，线性控制能够及时响应，则系统不判定出现负载跳变，继续保持线性控制模式；若负载减轻幅度较大，LLC谐振变换器输出电压大幅升高，LLC谐振变换器要求的开关频率超出了硬件调频范围，同时超出了线性控制模式的调节范围，则系统判定出现负载跳变，跳变方向为负载减轻，控制模式直接切换至滞环控制模式，进入滞环控制模式且处于关机状态。
适应快速负载突变的LLC变换器最优状态轨迹控制方法
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具体实施方式
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