一種llc諧振變換器的直流端二次紋波抑制方法

1、一種 一種 LLC LLC 諧振變換器的直流端二次紋波抑制方法 諧振變換器的直流端二次紋波抑制方法1.引言全球電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展，電池儲(chǔ)能系統(tǒng)在電力系統(tǒng)的應(yīng)用也日益廣泛，這使得電池充電裝置成為研究熱點(diǎn)[1]。兩級(jí)式 AC-DC-DC 變換器具有控制靈活，能同時(shí)兼顧電池充電性能和電網(wǎng)電能質(zhì)量的優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于電池充電場(chǎng)合[2]，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。如圖 1 所示，單相 AC-DC 變換器的瞬時(shí)輸出功率中含有兩倍電網(wǎng)頻率的交流分量[

2、3]，這個(gè)脈動(dòng)頻率會(huì)對(duì) DC-DC 變換器的輸出造成影響[4]。文獻(xiàn)[5]基于 DC-DC 變換器線性交流小信號(hào)模型研究了低頻紋波的產(chǎn)生及傳遞機(jī)理。文獻(xiàn)[6]在文獻(xiàn)[5]的基礎(chǔ)上，提出了一種基于電流反向增益?zhèn)鬟f函數(shù)的方法來(lái)分析電流低頻紋波問(wèn)題。電池對(duì)充電電壓精度要求很高[7]。因此，在前級(jí)為單相的兩級(jí)式 AC-DC-DC 變換系統(tǒng)中，必須對(duì)二倍頻紋波進(jìn)行抑制，以保證輸出電壓的高精度和低紋波。文獻(xiàn)[6]總結(jié)了對(duì)兩級(jí)式 AC-DC-DC 變

3、換器進(jìn)行協(xié)調(diào)控制抑制二倍頻功率波動(dòng)的方法，包括：(1)由第三方儲(chǔ)能裝置提供二倍頻脈動(dòng)功率[8]，這種方法增加了變換器和電路端口，使電路本身和控制均較為復(fù)雜，也增加了系統(tǒng)的體積和成本。(2)由電池提供，文獻(xiàn)[9]通過(guò)約束燃料電池輸出阻抗來(lái)滿足較嚴(yán)格的紋波限制，實(shí)際應(yīng)用有一定局限性。(3)允許該脈動(dòng)功率出現(xiàn)在中間直流母線，由儲(chǔ)能元件提供。方式(3)可分為無(wú)源和有源兩類(lèi)，文獻(xiàn)[10]中采用較大的電解電容來(lái)平滑母線電壓波動(dòng)，增加了系統(tǒng)體積和重量

4、。文獻(xiàn)[11]在電路中插入 LC 諧振網(wǎng)絡(luò)，用于平衡脈動(dòng)功率，可以有效減小中間母線電容值，但由于加入了額外電感，系統(tǒng)體積和重量仍會(huì)受限。文獻(xiàn)[5]中采用平均電流控制對(duì) DC 末端電流二次紋波進(jìn)行了抑制，但紋波抑制效果依賴(lài)于變換器控制帶寬的設(shè)計(jì)[6]。本文基于信號(hào)調(diào)制解調(diào)的思想，以 LLC 諧振變換器為研究對(duì)象，分析了二次紋波電壓在 DC-DC 變換器中的傳遞機(jī)理。采用了 PI+PR 控制器對(duì) LLC 諧振變換器輸出電壓的二次紋波進(jìn)行了

5、抑制，使輸出電壓整體紋波幅值減小，從而能夠在不增加直流母線電容的前提下，改善了電池充電電壓質(zhì)量。2.LLC 諧振變換器中二次紋波的傳遞全橋 LLC 諧振變換的電路結(jié)構(gòu)如圖 2 所示。其中，vdc 為直流母線電壓，v2 為直流母線上的二次紋波，vo 為輸出電壓。Lr 和 Cr 分別為諧振電感和諧振電容。T 為降壓變壓器，其變比為 np: ns1: ns2，其中 ns1= ns2, Lm 是變壓器勵(lì)磁電感。S1，S2，S3 和 S4