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探讨利用查表法实现LLC环路控制

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boy59
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  • 2021-9-13 09:32:44
   LLC环路较难设计一般动态响应都不太理想,现在出现了电流模式LLC使情况大为改观,这里准备探讨另一种思路既利用查表法实现LLC环路控制。
   所谓查表法是因为LLC电路的DC增益曲线还没找到准确的方程表达式所以这里将曲线绘制成表并写入控制器中,电路工作时根据不同的工况调用不同的增益曲线表。环路控制个人认为就是对方程的求解过程,通常的PID控制法属于迭代求解(或者理解为逐次逼近)因为没有一个明确的求解方程所以速度慢,当然这也是它的优势不需要明确的求解方程通用性好;查表法的思路就是给出一个明确的求解方程答案瞬时可解,理想中这样可以大幅提升环路特性。  这里准备先用跟LLC电路有些相似的电压模式Buck电路进行验证。

boy59
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  • 2021-9-13 12:56:16
  • 倒数10
 
  CCM模式下的Buck电路可以依据伏秒平衡原理获得直流增益曲线满足Uo=Don*Uin,因为有此公式也就不需要查表所以实现之前的想法相对容易。参考下图的Buck电路参数,采用电压控制模式获得bode图如下:
Buck电路及bode图.jpg
                                   1-1 Buck电路及bode

boy59
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  • 2021-9-13 13:14:03
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  上图中电感L=75uH,电容C=100uF,双极点频率1/(2*pi*L*C)1.83kHz。为了获得更佳的动态特性需要将穿越频率要设在双极点右侧,而双极点右侧相位余量几乎为零所以需要采用Type Ⅲ型补偿器来抬升相位余量(提升能力最高90度)。那么采用“查表法”这种控制方法结果会如何?下图将普通控制法和查表法进行了对比:
buck电路bode图对比.jpg
                                  1-2 普通电压控制法与查表电影控制法对比
  上图2-1中坐标系相同,左图为普通控制法双极点跟理论值相近右图采用查表控制法双极点虽然没有消除但是往右侧(高频)偏移了,这对提升动态响应有所帮助,下面准备在时域仿真中进行对比验证。
boy59
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  • 2021-9-13 16:47:59
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  下面两图是CCM模式下普通电压控制与采用“查表”控制的buck时域波形对比:
buck时域仿真对比.jpg
                                    1-3 两种控制模式时域波形对比
  左图是普通的采用Type Ⅲ型补偿器的buck电路及输出波形,右图是把Type Ⅲ型补偿器换成单一比例补偿器(增加了查表电路),从仿真结果看经查表转换后一个比例补偿器就能满足CCM、电压模式的buck电路控制,基本达到了预期效果。
  从上面结论看这种查表控制法更适合单片机控制,其一、单片机可以存储大量非线性直流增益表而不增加硬件成本,其二、查表法降低了对补偿器的要求采用PID控制就可以不需要2p2z3p3z控制。
bake_ql
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  • 2021-9-13 20:43:41
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感觉这个和tracjectory 控制类似;
boy59
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  • 2021-9-14 08:38:39
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这种控制可以介绍一下吗?
tcyqrp
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  • 2021-9-13 21:28:01
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学习一下
boy59
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  • 2021-9-14 08:54:28
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  LLC直流增益曲线有个近似的拟合方程,见下图:
LLC归一化增益曲线.jpg
                                 1-4 LLC直流增益拟合曲线
  将上述方程整理后发现是一元六次方程
6次方程.jpg
  目前一元六次方程还没有求解的方法所以这里只能采用查表法了。

boy59
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  • 2021-9-16 08:42:43
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Saber仿真软件中自带查表元件LookupTable并且可以导入txt文件,刚好之前有整理过的归一化LLC直流增益表,链接如下:
LLC直流增益表.jpg
                                     1 LLC直流增益表
首先搭建一个只有查表电路没有PID控制的LLC电路,仿真结果有点超乎预期,见下图:
查表LLC电路1.jpg
                                  2-1 查表法控制的LLC动态特性仿真
上图在查表电路中预置了Q=0.1和Q=0.7两张等Q值直流增益表,负载切换时增益表同时跟着切换,这种查表控制法理论上对输入扰动是免疫所以仿真中也引入了工频波动进行验证。从右图结果看在未加PID控制的情况下电路在上电及负载跳变瞬间输出电压响应还是比较快速的。
boy59
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  • 2021-9-16 08:47:52
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为了突出升、降压的波形特性,将输出电压设置成140V(输入AC220,变压器匝比1:1),见下图

波形局部放大.jpg
                                     2-2 LLC升降压局部放大波形
    通过图2-2局部放大的电流波形特点可知高压输入时LLC电路工作在降压模式,低压输入时LLC电路工作在升压模式,采用查表法后可以很容易的兼顾升压、降压这两种模式。

阿甘
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