LLC電路的控制策略

我們聊過了LLC電路在調(diào)頻模式以及移相控制下的一些特性，今天我們還是繼續(xù)聊LLC電路，雖然這部分聊得不是很詳盡，大家至少有些概念，能夠在實際運用中有一些啟發(fā)，足夠了。 今天我們聊聊LLC電路的控制策略。

1LLC電路控制策略

LLC電路常數(shù)的控制方法包括：變頻控制(Variable-Frequency Control，VFC)和定頻移相控制(Phase-Shift Control，PSC)。

針對電動汽車直流充電樁需要較寬范圍輸出電壓的要求，單獨地采用一種控制是較難滿足要求的，因此我們通常將兩者結(jié)合起來(也就是兩天我們講到內(nèi)容的結(jié)合)。

下面是調(diào)頻移相混合控制策略結(jié)合的寬電壓增益曲線：

即調(diào)頻模式下電壓增益大于1，移相模式下電壓增益小于1.當(dāng)電路穩(wěn)態(tài)運行時，根據(jù)輸入輸出電壓的需求得到電路的增益，以此來判斷控制類別。

在LLC電路的啟動過程中，假設(shè)以第一諧振頻率開始啟動，在Lr和Cr諧振的過程中，此時的諧振電流的交流基頻分量為：

從上式可知，由于副邊輸出起始并沒有建立電壓，Lr和Cr上所加的電壓會很大; 并且處于第一諧振點時Lr和Cr諧振的諧振等效阻抗為0，所以此時的啟動電流最大，帶來的好處是輸出電壓可以很快的建立起來，但是過大的沖擊電流對開關(guān)管卻是致命的。 為了降低電流的沖擊，我們需要使啟動時的工作頻率遠離第一諧振點。

采用低于第一諧振點的頻率啟動時，此時Lr和Cr諧振時對外呈容性，不利于啟動過程中開關(guān)管實現(xiàn)ZVS，所以LLC電路一般采用高頻啟動。

下面給出了LLC電路從啟動到穩(wěn)定輸出的控制流程圖：

2LLC的控制電路的設(shè)計

為了提高充電樁的輸出功率，同時降低輸出電壓紋波，故后級采用兩個半橋三電平LLC電路并聯(lián)。 為了保證輸出電壓的穩(wěn)定性，兩個并聯(lián)電路的控制電路需要共用一個電壓環(huán)，電壓環(huán)的輸出經(jīng)過電路分配器產(chǎn)生兩路電流。 基于此類控制，在輸出功率較小時，只有一路LLC電路工作; 當(dāng)輸出功率逐步增大時，另一路LLC電路才會慢慢開始工作，但兩路被分配的電流取決于電流分配器。

電流控制器的輸出采用混合控制，當(dāng)輸出電壓較低時，電路是固定頻率的移相控制; 當(dāng)輸出電壓較高時，電路為固定最大占空比的變頻控制。 這樣有利于實現(xiàn)開關(guān)管的軟開關(guān)，提高電路效率。 下面是輸出電壓較高時的變頻控制電路框圖：

我們根據(jù)之前的分析，控制器是根據(jù)輸出電壓來做選擇的。 當(dāng)給定的輸出電壓大于轉(zhuǎn)換電壓時采用調(diào)頻控制，否則采用定頻移相控制。 故我們得到如下單個LLC電路的控制圖：

此外，LLC電路常用的控制方法也可以分為單電壓環(huán)控制和電壓電流雙環(huán)控制。 其中前者比較簡單，參數(shù)也比較容易確定; 而后者雙環(huán)控制具有諧振電流可控，動態(tài)特性較好的特點。 下面我們簡單地介紹一下兩種控制(我們以模擬電路的方式來說吧，這樣直觀一點，補償和控制也比較容易。 數(shù)字控制中只要相應(yīng)的離散化就OK了)。

3單環(huán)控制

單電壓環(huán)控制在實際中我們常選擇PID控制，無論是移相還是調(diào)頻模式下，控制器的輸出越大，意味著輸出的頻率或者移相角越大，則對應(yīng)的輸出電壓越小，則我們可以知道其呈現(xiàn)正反饋特征。 下圖是LLC單電壓環(huán)PID控制簡單電路圖：

我們可以得到輸出和反饋的關(guān)系如下：

該控制器的比例常數(shù)為(C2/C1)+(R1/R2)，積分常數(shù)為1/(R2C1)，微分常數(shù)為R1C2。 根據(jù)開環(huán)傳遞函數(shù)的特性對其進行相應(yīng)的補償，其中比例環(huán)節(jié)影響系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差和輸出精度; 積分環(huán)節(jié)可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能，確保系統(tǒng)的無差輸出; 微分環(huán)節(jié)可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，但是不能單獨使用，否則會放大電路的噪聲信號。

4雙環(huán)控制

雙環(huán)控制模擬電路如下：

我們?yōu)榱撕喕娐返膮?shù)整定，采用單極點-單零點補償網(wǎng)絡(luò)。 電流選取為諧振電流經(jīng)過整流采樣后的平均值，電壓環(huán)的輸出作為諧振電流的平均值的給定。

從上圖我們可以得到電壓環(huán)的傳遞函數(shù)為：

其中，C1>>C2，直流增益和零極點頻率分別為：

以上我們可知，電壓環(huán)為負反饋，電流環(huán)為正反饋。 當(dāng)輸入電壓提高或者負載增大導(dǎo)致輸出電壓下降，則Vfb降低，電壓環(huán)輸出升高，即電流的給定增大; 電流環(huán)的反向輸入端增大，正的電流環(huán)輸出減小，即頻率或者移相角降低，輸出電壓升高，這樣一個閉環(huán)。

關(guān)于LLC電路的調(diào)頻和移相相結(jié)合的控制策略我們就聊到這里，希望你們能夠喜歡。