LLC变换器有源纹波补偿方法、模块及存储介质与流程

本发明属于电力电子变换器输出纹波抑制，特别涉及一种llc变换器有源纹波补偿方法、模块及存储介质。

背景技术：

1、llc谐振变换器（简称llc）的输出纹波主要包括两部分：开关频率纹波（由llc开关动作产生）和工频纹波（由前级pfc（功率因数校正）输出母线电压的100hz/120hz纹波耦合而来）。其中，工频纹波的控制尤为困难，因为其频率远低于llc变换器的开关频率，传统的无源滤波方案需要大容量的电解电容，增加了体积和成本。

2、现有输出纹波抑制方案主要包括：方案一，增大输出滤波电容，通过增加电解电容容量降低输出纹波，但增加了体积、重量和成本且电解电容寿命限制了电源整体寿命。方案二，有源滤波，在输出端并联有源滤波电路通过运放和功率器件构建有源低通滤波器，但增加了额外功率电路和复杂控制、降低了系统可靠性。方案三，前馈补偿，通过检测前级pfc母线电压纹波在前馈通道中注入补偿信号抵消输出纹波，但效果受限于前馈模型精度且需要额外电压检测通道。方案四，数字陷波滤波器，在数字控制环路的误差信号路径中加入陷波器在特定频率处提供深度衰减，但传统单陷波器只能抑制单一频率。

3、由上可见，现有技术主要存在以下缺陷：第一，单陷波滤波器只能抑制单一频率，但llc变换器的输出纹波通常包含多个频率分量（例如100hz基波及其倍频等），单陷波器无法有效抑制多频率纹波。第二，多个陷波器串联会引入显著的相位滞后，降低控制环路的相位裕度，影响系统稳定性。第三，陷波深度和陷波宽度需要动态调节，固定参数的陷波器在负载变化时无法保持最优的纹波抑制效果。

技术实现思路

1、本发明提供一种llc变换器有源纹波补偿方法、模块及存储介质，旨在解决以下至少一项技术问题：（1）第一，如何在不增加额外硬件的前提下，同时抑制llc变换器输出中三个主要纹波频率分量。（2）如何通过并联结构避免串联陷波器引入的相位累积问题，保持控制环路的稳定性。（3）如何实现陷波补偿幅度的自适应调节，在不同负载条件下均能获得最优的纹波抑制效果。本发明通过如下技术方案实现：

2、本发明的第一方面，提供一种llc变换器有源纹波补偿方法，应用于包含llc谐振变换器、电流环pi控制器及电压环pi控制器的调制系统；其特征在于，所述补偿方法包括以下步骤：

3、s100：在每一个控制周期中，获取所述调制系统的输出电压采样值vout_raw和输出电流采样值iout_raw，计算归一化电压误差信号vo_err，并由电压环pi控制器计算得到pi输出值llc_result；

4、s200：判断所述调制系统是否满足如下条件：输出电流采样值iout_raw不小于预设电流阈值、电压环pi控制器的输出未被电流环限制且阻塞保护的冻结期计数为零；是则执行步骤s300-s500的纹波补偿注入流程后执行步骤s600，否则以电压误差信号vo_err直接作为电压环pi控制器的输入并执行步骤s600；

5、s300：将所述电压误差信号vo_err分别输入至彼此并联且各自中心频率在50hz至300hz区间间隔递增的第一、第二、第三iir峰值滤波器，每个iir峰值滤波器提取其中心频率附近预定邻域的纹波分量；

6、s400：对第一iir峰值滤波器的滤波输出信号乘以自适应峰值注入系数进行幅度缩放；所述自适应峰值注入系数的初始值为零，每个控制周期以预设增幅递增，直至达到预设上限值；

7、s500：将第一iir峰值滤波器的滤波输出信号经幅度缩放后的信号、第二和第三iir峰值滤波器的滤波输出信号各施加固定增益后的信号及所述电压误差信号vo_err求和叠加，获得纹波补偿后的电压误差信号并输入至所述电压环pi控制器；

8、s600：以所述电压环pi控制器的输出作为所述调制系统的调制控制信号。

9、作为优选的技术方案，所述llc变换器有源纹波补偿方法还包括负载电流监控步骤：实时监测所述调制系统的负载电流变化率，当检测到负载电流变化率超过50%每毫秒时，自适应峰值注入系数重置为零并重新开始递增。

10、作为优选的技术方案，所述llc变换器有源纹波补偿方法还包括阻塞保护步骤：当所述电压环pi控制器的输出不小于电流环pi控制器的输出并持续预设周期数（例如25个控制周期）时，判定调制系统进入电流限制状态，将自适应峰值注入系数置为零暂停补偿注入，改由电流环pi控制器的输出作为所述调制系统的调制控制信号，并将电压环pi控制器的比例增益降低至降级值，持续预设周期后自动恢复。

11、作为优选的技术方案，所述llc变换器有源纹波补偿方法还包括突发模式处理步骤：当所述调制系统进入burst条件时，暂停纹波补偿注入流程；当所述调制系统退出burst条件后，恢复纹波补偿注入流程。

12、作为优选的技术方案，第一、第二、第三iir峰值滤波器的中心频率分别配置为100hz、200hz和250hz；三个所述iir峰值滤波器均为双二阶节数字滤波器，采样频率配置为100khz；各所述iir峰值滤波器在其中心频率处的增益为0db，在直流和奈奎斯特频率处深度衰减；其中中心频率为100hz和200hz的iir峰值滤波器的3db带宽均为±10hz，中心频率为250hz的iir峰值滤波器的3db带宽为±0.7hz。

13、作为优选的技术方案，所述自适应峰值注入系数的递增速率为0.001每控制周期，所述自适应峰值注入系数的上限为min(iout_raw/20，5.2)，其中的5.2是绝对最大硬上限，iout_raw/20为动态跟随上限，min()为取小函数；所述持续预设周期为1000个控制周期。

14、本发明第二方面，提供一种llc变换器有源纹波补偿模块，应用于包含llc谐振变换器、电流环pi控制器及电压环pi控制器的调制系统；其特征在于，所述补偿模块包括：

15、采样单元：在每一个控制周期中，获取所述调制系统的输出电压采样值vout_raw和输出电流采样值iout_raw，计算归一化电压误差信号vo_err，并由电压环pi控制器计算得到pi输出值llc_result；

16、模式选择单元：判断所述调制系统是否满足如下条件：输出电流采样值iout_raw不小于预设电流阈值、电压环pi控制器的输出未被电流环限制且阻塞保护的冻结期计数为零；是则执行纹波补偿注入流程，否则以电压误差信号vo_err直接作为电压环pi控制器的输入；

17、第一、第二、第三iir峰值滤波器：在纹波补偿注入流程下，用于分别输入所述电压误差信号vo_err，第一、第二、第三iir峰值滤波器彼此并联且各自中心频率在50hz至300hz区间间隔递增，每个iir峰值滤波器提取其中心频率附近预定邻域的纹波分量；

18、自适应峰值注入系数调节器：对第一iir峰值滤波器的滤波输出信号乘以自适应峰值注入系数进行幅度缩放；所述自适应峰值注入系数的初始值为零，每个控制周期以预设增幅递增，直至达到预设上限值；

19、加法求和器：将第一iir峰值滤波器的滤波输出信号经幅度缩放后的信号、第二和第三iir峰值滤波器的滤波输出信号各施加固定增益后的信号及所述电压误差信号vo_err求和叠加，获得纹波补偿后的电压误差信号并输入至所述电压环pi控制器；

20、电压环pi控制器：以自身输出作为所述调制系统的调制控制信号。

21、作为优选的技术方案，所述的llc变换器有源纹波补偿模块还包括：

22、负载电流监控单元：实时监测所述调制系统的负载电流变化率，当检测到负载电流变化率超过50%每毫秒时，控制自适应峰值注入系数重置为零并重新开始递增；

23、阻塞保护单元：当所述电压环pi控制器的输出不小于电流环pi控制器的输出并持续预设周期数时，判定调制系统进入电流限制状态，将自适应峰值注入系数置为零暂停补偿注入，改由电流环pi控制器的输出作为所述调制系统的调制控制信号，并将电压环pi控制器的比例增益降低至降级值，持续预设周期后自动恢复；

24、突发模式处理单元：当所述调制系统进入burst条件时，暂停纹波补偿注入流程；当所述调制系统退出burst条件后，恢复纹波补偿注入流程。

25、作为优选的技术方案，三个iir峰值滤波器均采用直接i型结构实现，系数与状态变量均以单精度浮点格式存储，每个控制周期执行一次所有三个iir峰值滤波器的更新计算。

26、本发明第三方面，本发明还提供一种存储介质，其上存储有计算机可读程序，所述计算机可读程序被执行时实现前述第一方面所述的llc变换器有源纹波补偿方法。

27、本发明提供的llc变换器有源纹波补偿方法、模块、及存储介质，相比现有技术的有益效果包括且不限于以下方面：第一，三并联iir陷波器结构在三个频率点同时提供深度衰减，覆盖了llc变换器输出纹波的主要频率分量，输出纹波降低幅度明显。第二，并联结构避免了串联陷波器的相位累积问题，每个陷波器的相移独立作用于各自通道，不对主控制环路引入额外的相位滞后，系统的相位裕度保持在高位。第三，自适应峰值注入系数缓升机制从零开始以固定速率递增至最优值，补偿幅度平滑建立，避免了补偿信号突变导致的环路扰动，启动过程无过冲。