LLC諧振變換器的軌跡控制研究

摘要：針對LLC諧振變換器諧振槽有多個諧振元件、工作過程復雜、難以對其實現有效控制的問題，本文提出了一種最優軌跡控制方法，根據變換器的具體諧振過程，給出了其多諧振過程的時域方程，并以此推導出其軌跡方程，繪制了其狀態軌跡圖，給出了詳細的控制法則。軟件仿真和實驗結果表明系統動態性能良好，驗證了該控制方法的可行性和有效性。本文網絡版地址：http：//www.eepw.com.cn/article/269821.htm

關鍵詞：LLC；諧振；CCM；軌跡方程；控制控制

DOI：10.3969/j.issn.1005-5517.2015.2.014

康亞東（1987-），男，碩士，主要研究方向：電力電子功率變換技術。

引言

LLC諧振變換器因可以實現ZVS、開關頻率高、易于集成等優點而受到歡迎。但由于其諧振元件較多，對其實現簡單有效的控制依然并不簡單。文獻將變頻控制、滑膜控制和軌跡控制等5種控制方法在串聯諧振電路中方面進行了多方面的比較，結果顯示軌跡控制方法在系統穩定性、動態響應時間、短路承受能力等方面都較其它幾種方法有更好的表現。文獻對串聯諧振變換器提出了一種簡單的軌跡控制方法。文獻對LCC變換器在DCM和CCM模式下各諧振過程的時域方程做了推導，并未對其控制方法作進一步分析。文獻分析了LCC諧振變換器的一種軌跡控制方法。本文對CCM模式下的LLC諧振電路的狀態軌跡進行了分析，繪制了軌跡轉換圖，最后提出了一種對LLC諧振變換器的軌跡進行控制的方法，并用仿真和實驗對該控制方法進行了驗證。

1 LLC諧振電路的諧振過程與分析

1.1 LLC諧振電路的諧振模態分析

LLC諧振變換器的主電路拓撲如圖1所示。其主要工作波形和相應時段的諧振模態分別為圖2和圖3。

1.2 LLC諧振電路軌跡方程的推導

LLC諧振電路因含有多個諧振元件，其時域公式和軌跡方程推導起來復雜得多，為此，在推導LLC諧振電路相應時段的時域公式和軌跡方程前，先做必要的假設：1）所有元器件均為理想元件；2）工作過程中輸

依同樣的分析方法，可求得下半周期各諧振模態的時域方程與軌跡方程。

2 軌跡控制法則的推導與實現

根據狀態平面分析方法可知，LLC諧振電路在一個工作周期內，其各諧振模態所對應的狀態變量軌跡組成一個閉合的環，每一個諧振模態對應其中的一段圓弧。要實現軌跡控制，必須通過控制開關管的導通時刻或者關斷時刻來制定控制法則。為實現兩個不同軌線的工作狀態轉換，并獲得良好的動態性能，就必須根據控制指令計算出最憂的開關管導通或關斷時刻。具體到LLC諧振電路，在CCM模式下，可選擇通過控制開關管的關斷時刻來達到軌跡轉換的目的，例如圖4中軌線W1和W2的開關頻率不同，分別為fa和fb。圖4中軌跡轉換的過程分析如下：