一种带阻尼电路的谐振变换器的高效率控制装置及方法

技术特征：
1.一种带阻尼电路的谐振变换器的高效率控制装置，其特征在于，包括电源、逆变电路、谐振电路、高频变压器、阻尼电路、整流电路、滤波电路、负载、电压电流采集电路、控制器、驱动电路；电源的输出端连接逆变电路的第一输入端，谐振电路的输入端与逆变电路的输出端相连，谐振电路的输出端与高频变压器的输入端相连；高频变压器的输出端与整流电路的输入端相连；整流电路的输出端与滤波电路输入端相连；滤波电路的输出端与负载相连；高频变压器的输出端与阻尼电路相连；滤波电路的反馈端与电压电流采集电路的输入端相连；电压电流采集电路的输出端连接至控制器的输入端，控制器的输出端连接至驱动电路的输入端，驱动电路的输出端与逆变电路第二输入端相连。2.根据权利要求1所述的一种带阻尼电路的谐振变换器的高效率控制装置，其特征在于，所述谐振变换器采用不连续电流控制方法，使能量从电源向负载进行传输。3.根据权利要求1所述的一种带阻尼电路的谐振变换器的高效率控制装置，其特征在于，所述的逆变电路包含四个相同的开关管s1～s4，开关管s1～s4的漏极和源极两管脚之间分别连接一组并联的二极管和缓冲电容，其中二极管的阳极连接对应开关管的源极，阴极连接对应开关管的漏极，开关管s1的源极与开关管s2的漏极相连，开关管s3的源极与开关管s4的漏极相连；开关管s1、s3的漏极与电源的正极相连，开关管s2、s4的源极与电源的负极相连，开关管s1～s4选用的类型包括mosfet、bjt。4.根据权利要求1所述的一种带阻尼电路的谐振变换器的高效率控制装置，其特征在于，所述的谐振电路采用包含电感和电容的llc谐振电路，llc谐振电路包含一个谐振电感l
r
、一个励磁电感l
m
和一个谐振电容c
r
；谐振电容c
r
的一端连接逆变电路的开关管s1的源极，另一端串联谐振电感l
r
；l
r
的另一端分别连接高频变压器原边的一端和励磁电感l
m
的一端；励磁电感l
m
以并联的方式连接在高频变压器原边的两端，l
m
的另一端连接逆变电路的开关管s4的漏极。5.根据权利要求1所述的一种带阻尼电路的谐振变换器的高效率控制装置，其特征在于，所述的高频变压器为高频隔离变压器。6.根据权利要求1所述的一种带阻尼电路的谐振变换器的高效率控制装置，其特征在于，所述的阻尼电路包括一个阻尼电阻器r
d
、两个开关管s
s1
、s
s2
；开关管s
s1
、s
s2
的源极和漏极两管脚之间连接一组并联的二极管和缓冲电容，二极管的阳极连接对应开关管的源极，二极管的阴极连接对应开关管的漏极；电阻器r
d
的一端连接在变压器副边的一端，电阻器r
d
的另一端连接开关管s
s1
的漏极，开关管s
s1
的源极连接开关管s
s2
的源极，开关管s
s2
的漏极连接在变压器副边的另一端。7.根据权利要求1所述的一种带阻尼电路的谐振变换器的高效率控制装置，其特征在于，所述的整流电路共有四个相同的二极管d1～d4，二极管d1的阳极、二极管d2的阴极与变压器副边的一端相连，二极管d3的阳极与二极管d4的阴极相连后连接在变压器副边的另一端；二极管d1的阴极与二极管d3的阴极相连后连接在负载的正极，二极管d2的阳极与二极管d4的阳极相连后连接在负载的负极。8.根据权利要求1所述的一种带阻尼电路的谐振变换器的高效率控制装置，其特征在于，所述的滤波电路为一个直流滤波电容c
o
，电容c
o
的正极与二极管d3的阴极相连，电容c
o
的负极与二极管d4的阳极相连。9.一种带阻尼电路的谐振变换器的高效率控制方法，基于权利要求1～8任一项所述的一种谐振变换器的高效率控制装置实现，其特征在于，包括以下步骤：s1、通过电压电流采集电路采集负载端电压值v
bat
与流过负载的电流值i
o
；s2、判断负载端电压值的大小，若v
bat
＜v
i
/n，则变换器工作在cc充电模式；若v
bat
＝v
i
/n，则变换器工作在cv充电模式，其中v
i
为电源电压值，n为高频变压器变比；s3、将步骤s1中采集到的电流值i
o
，将其作为控制器输入，计算得到开关管工作频率补偿值，并通过驱动电路的输出调整开关管的工作频率，根据公式δf
s
＝k
p
e k
i
×
(∫edt c)获得开关管工作频率补偿；其中δf
s
为开关频率补偿值，e为电流误差，e＝i
ref
－i
o
；k
p
和k
i
分别为负载电流比例系数和负载电流积分系数，c为积分常数，当前拍计算下的c值为上一拍计算的积分∫edt加上c的值，第一次计算时c＝0，i
ref
为负载电流设定值；s4、在t0～t
r
/2时间段内，s1、s4导通，s2、s3、s
s1
、s
s2
关断，v
i
通过谐振槽向v
bat
充电；此时的谐振电流表达式为：谐振电压的表达式为：v
r
＝(v
r0-v
i
nv
bat
)cosω
r
t v
i-nv
bat
其中t
r
为谐振周期时间，z
r
为谐振阻抗，计算表达式为：v
r0
为t0时刻谐振电压值，ω
r
为谐振角频率，计算表达式为此时根据步骤s1的判断，如果变换器工作在cc充电模式，接下来执行步骤s5，如果变换器工作在cv充电模式，接下来执行步骤s7；s5、在t
r
/2～t
r
时间段内，s2、s4导通，s1、s3、s
s1
、s
s2
关断，此时v
bat
较低，整流电路二极管d2、d3导通，谐振电路继续为负载充电；此时谐振电流的表达式为：谐振电压的表达式为：其中，v
r1
是t
r
/2时刻谐振腔电压值。s6、在t
r
～t
s
/2时间段内，s1～s4关断，s
s1
、s
s2
开通，谐振电路与开关管寄生电容谐振，i
r
通过r
d
快速衰减，电路工作在临界或过阻尼状态，此时充电电流表达式为：其中，t
s
为周期时间，f
r
为谐振频率；直至负载电压v
bat
达到v
i
/n，返回步骤s2；s7、在t
r
/2～t
r
时间段内，s2、s4导通，s1、s3、s
s1
、s
s2
关断，此时由于v
bat
较大，整流电路二
极管全部断开，谐振腔与励磁电感l
m
产生谐振；s8、在t
r
～t
s
/2时间段内，s1～s4关断，s
s1
、s
s2
开通，谐振电路与开关管寄生电容谐振，i
r
通过r
d
快速衰减至0，此阶段负载电压被箝位至v
i
/n，此时负载电流计算表达式为：其中v
ocv
为蓄电池开路电压，r
bat
为蓄电池内部电阻，按照上述步骤直至充电工作完成。10.根据权利要求9所述的一种带阻尼电路的谐振变换器的高效率控制方法，其特征在于，步骤s3中，所述负载电流比例系数k
p
和负载电流积分系数k
i
的确定过程为：s31、将k
i
初始值取为0；s32、先调试k
p
，查看此时谐振变换器的负载电流波形是否振荡，是则降低k
p
直至波形振荡消除，转过程s33；否则重复过程s32同时增加k
p
；s33、固定k
p
值，调试k
i
，查看此时负载电流波形是否波动，是则降低k
i
直至波形波动消除；否则，则重复过程s33同时增加k
i
；s34、将k
p
和k
i
的最终值分别做为负载电流比例系数k
p
和负载电流积分系数。

技术总结
本发明公开了一种适用于带阻尼电路的谐振变换器的高效率控制装置及方法，控制方法采用断续电流模式(DCM)，解决现有电动车辆充电器控制方法过于复杂、效率低、CC到CV过渡性能较差的问题；该装置包括：逆变电路、谐振电路、高频变压器、阻尼电路、整流电路、滤波电路、电压电流采集电路、控制器、驱动电路；采用特殊的断续电流调制方法，使得谐振变换器拥有固有的CC转CV特性，使其工作更加稳定可靠；实现了所有开关设备的零电流切换，降低了开关损耗；实现了无功率回流，减小了传输损耗；拓扑中增加阻尼电路，减小了电压振荡；与传统电动车辆充电器相比，该控制方案可以使变换器在固有的CC转CV特性下工作，具有高效率与稳定性。具有高效率与稳定性。具有高效率与稳定性。


技术研发人员：方支剑 魏子豪 岳浩江 晋良伟 宋孝贤
受保护的技术使用者：中国地质大学（武汉）
技术研发日：2022.11.08
技术公布日：2023/2/3