一种LLC变换器混合迟滞控制的负载前馈补偿方法及系统

本发明涉及电力电子变换器控制，特别涉及一种llc变换器混合迟滞控制的负载前馈补偿方法及系统。

背景技术：

1、随着5g通信技术的全面商用与6g技术的加速研发，通信基站的设备密度与数据处理能力呈指数级增长。基站核心板卡上的基带处理单元与射频拉远单元在数据传输峰值与空闲状态切换时，负载电流会在几毫秒内发生大幅跳变，且随机性较强。通信电源输出电压的稳定性直接决定了基站的信号覆盖质量、数据传输速率与连续运行时间。负载跳变引发的电压波动不仅会导致通信信号中断、数据丢包，严重时还会造成基站宕机，影响大面积区域的通信服务。因此，提升在负载大幅跳变下的动态响应性能，是通信电源领域的重要研究方向。

2、llc谐振变换器凭借其天然软开关特性、高效率及高功率密度的显著优势，成为当前通信电源的主流拓扑结构。但其自身存在高阶、强非线性的固有特性，且其小信号模型会随着工作点的变化而显著改变，使其难以在负载剧变条件下实现良好的动态性能。

3、现有的控制方案中，单电压环pi控制结合脉冲频率调制（pfm）是llc最经典的控制方案，其结构简单、易于工程实现，但受限于llc的复杂特性，其控制环路带宽低，动态响应速度慢，负载跳变时电压超调量大。最优轨迹控制可实现近乎理想的动态瞬态响应，但需采集所有状态变量且实时计算量巨大，工程实现难度高。bang-bang电荷控制响应速度较快，但输出电压纹波大，稳态性能较差，难以适配服务器高精度供电场景。

4、混合迟滞控制（hhc）相比上述控制模式，在改善动态性能方面具有显著优越性。其核心优势在于可将llc被控对象传递函数简化为等效的一阶系统，交叉频率相对稳定且直流增益变化小，便于设计更高带宽的控制环路并保证足够的相位裕度，同时还能有效抑制输出谐波、保证较高的稳态精度。然而，hhc本质上仍然依赖输出电压的反馈调节机制，在负载瞬时剧变场景下，反馈信号的延迟特性导致其动态响应性能仍有进一步改进空间。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种llc变换器混合迟滞控制的负载前馈补偿方法及系统，以解决现有混合迟滞控制（hhc）在负载瞬时剧变下因依赖纯反馈调节而导致的响应滞后问题，从而在不改变原有环路稳定性的前提下，大幅提升llc变换器的动态响应性能。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种llc变换器混合迟滞控制的负载前馈补偿方法，所述llc变换器采用混合迟滞控制hhc，所述方法包括以下步骤：

4、实时采集所述llc变换器的输出负载电流、输入电压、输出电压参考值以及高侧开关管的导通时间；

5、根据所述输出负载电流、输入电压、输出电压参考值及高侧开关管的导通时间，通过预设的非线性前馈模型实时计算前馈补偿量；

6、将所述前馈补偿量叠加至所述混合迟滞控制的电压环输出信号上，生成最终的控制信号，以驱动所述llc变换器的开关管动作。

7、进一步的技术方案中，所述非线性前馈模型基于所述llc变换器的功率守恒关系及混合迟滞控制原理推导得出，其建立了hhc核心控制量vc与负载电流、输入电压之间的显式定量关系。

8、进一步的技术方案中，所述前馈补偿量的计算过程具体为：

9、根据所述输入电压、输出电压参考值、高侧开关管的导通时间以及谐振腔参数，实时计算前馈系数；

10、将所述输出负载电流的变化量与所述前馈系数相乘，得到所述前馈补偿量。

11、进一步的技术方案中，所述前馈系数与输出电压参考值和高侧开关管的导通时间成正比，与输入电压成反比。

12、进一步的技术方案中，所述混合迟滞控制通过检测谐振电容电压并与一个包含斜率补偿信号的控制变量vc进行比较，来控制原边高侧开关管的关断时刻。

13、一种llc变换器控制系统，包括：

14、llc主电路，包括原边半桥电路、谐振腔、高频变压器及副边整流电路；

15、传感器模块，用于采集输出负载电流、输入电压及谐振电容电压；

16、数字控制器，内部运行有混合迟滞控制模块和非线性前馈补偿模块，所述混合迟滞控制模块用于根据输出电压反馈生成基础控制信号，所述非线性前馈补偿模块用于根据所述传感器模块采集的信号，执行前馈补偿量计算，并将计算结果叠加至所述基础控制信号，生成最终的驱动信号。

17、本发明通过在传统的混合迟滞控制（hhc）基础上引入非线性负载电流前馈补偿，建立了一个从负载电流到hhc核心控制量的显式定量关系。当负载发生剧烈变化时，系统能够提前感知并计算出所需的补偿量，直接叠加到控制信号上，从而在电压环产生响应之前就提前抵消负载扰动。该方法有效克服了传统hhc因反馈延迟导致的动态响应滞后问题，在不改变原有环路稳定性的前提下，显著缩短了动态响应时间，并降低了电压超调量，特别适用于5g通信基站等对动态性能要求极高的供电场景。

1.一种llc变换器混合迟滞控制的负载前馈补偿方法，所述llc变换器采用混合迟滞控制hhc，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种llc变换器混合迟滞控制的负载前馈补偿方法，其特征在于，所述非线性前馈模型基于所述llc变换器的功率守恒关系及混合迟滞控制原理推导得出，其建立了hhc核心控制量vc与负载电流、输入电压之间的显式定量关系：

3.根据权利要求2所述的一种llc变换器混合迟滞控制的负载前馈补偿方法，其特征在于，所述前馈补偿量的计算过程具体为：

4.根据权利要求3所述的一种llc变换器混合迟滞控制的负载前馈补偿方法，其特征在于，所述前馈系数与输出电压参考值和高侧开关管的导通时间成正比，与输入电压成反比；

5.根据权利要求1所述的一种llc变换器混合迟滞控制的负载前馈补偿方法，其特征在于，所述混合迟滞控制通过检测谐振电容电压并与一个包含斜率补偿信号的控制变量vc进行比较，来控制原边高侧开关管的关断时刻。

6.一种应用如权利要求1-5任一项所述方法的llc变换器控制系统，其特征在于，包括：