Average Current Mode Control for CLLC Series Resonant Dc to Dc Converters

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前言：本文模型基于PLECS 4.1.1环境。

  这是一个双向CLLC的理论模型，仿真目的在于考察控制方法的可行性。通常我们用单电压环和电流环做谐振拓扑的控制，恒压和横流环总是只有一个在起作用。由于PCM不便于在谐振拓扑上实施（飞兆有个IC是FAN7688是用谐振电流的积分做峰值电流控制，这应该是属于另辟蹊径的骚操作，但也给我们带来了更多的思考，在控制方法不能仅仅固话自己的思维，骚操作才流弊），所有我一直在考虑能否把那种双环控制应用到谐振拓扑上。通俗的讲就是电压外环速度较慢，电流内环速度较快。电流内环用于限制功率级的传输特性，用于实现高速度的控制响应。由于之前一直比较懒（关键是建模水平弱鸡），在PSIM环境里面用C语言写VCO的模型一直没搞出来，当我转到PLECS中才发现该软件提供非常易用的VCO控制模型，可以很容易在这个基础上继续开发应用。所有，这是本文的起点。这里感谢泡菜哥，日天哥，曹博士，向我推荐这个软件。
  双向CLLC的功率框架：


  对输出电流和输出电压进行了采样，为了实现电流内环控制，同时也采样了变压器电流。由于变压器的电流为通开关频率的高频交流量，为了实现控制，必须要将其转变为较为低频的直流量。所以对变压器高频电流进行处理的低通滤波器就是整个系统的最为关键。如果该低通滤波器滤波太狠，固然能产生较为稳定的表征变压器电流的被控量，但是电流内环的控制与实际值产生的延迟极大，这相当于大幅度的降低了系统的相位预留。但是如果低通滤波器的滤波不太猛，表征变压器电流的控制量中的交流分量太大，那么电流内环的控制器也不能很好实现闭环控制，输出会又很大的振荡。于是你只能折中考虑，经过测试低通滤波器的时间常数在10*10^-5对100KHZ的变压器电流来说，能得到比较不错的结果。
  下图是电流内环低通滤波器：先取绝对值然后做s域的低通滤波，然后转成数字量做控制。

  变压器电流和经过低通滤波器后的波形可见下图中的底部：
  其中绿色是变压器电流，红色是经过低通滤波器后的电流信号。
  上部分是经过100KHZ采样后的数字量输出。


  电流环内部的模型：
  分别是低通滤波和采样，下面是电流内环的2P2Z，为了加大内环的增益，我外加了2.5倍的增益。



  电流内环的BODE为：



  为了测试Average Current Mode Control的效果，我做了输出30-100%的负载切换，可以从下图看到输出波形调整的又快又稳，过冲控制在10%之内。

  现在在来看一看电流内环的控制效果：
  上方的绿色是电压外环的输出，红色是变压器电流。下方是电流内环的输出：



  从经过上面的动态和启动测试来看，采用Average Current Mode Control确实能提升一定的LLC闭环性能。我决定在后续的项目中，导入该种控制方法，同时与传统单电压环的性能会在实际测试中体现，请期待后续。  

参考文档：
1，Average Current-Mode Control for LLC Series Resonant Dc-to-Dc Converters  
Jinhaeng Jang*, Pidaparthy Syam Kumar, Dongyun Kim, and Byungcho Choi

School of Electrical Engineering and Computer Science
Kyungpook National University, Taegu, Korea
Educational leave from LG Electronics, Pyungtaek, Korea
jinhaeng.jang@lge.com


附录：
电流内环的传递函数：
tf_c =

  -7.576e08 s - 5.739e11
  ----------------------
  757.6 s^2 + 1.894e08 s

Continuous-time transfer function.

tf_d =

  -2.231 z^2 - 0.01684 z + 2.214
  ------------------------------
     z^2 - 0.8889 z - 0.1111

Sample time: 1e-05 seconds
Discrete-time transfer function.

FB_CLLC_3P3Z_current_loop.zip (12.78 KB, 下载次数: 208)

2018-11-7 21:20 上传

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