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电动汽车驱动 LLC谐振 ★ 5.0

一种基于混合滑模控制的LLC变换器型半单级隔离逆变器的新调制方法

A Novel Modulation Method for LLC Converter-Based Semi-Single-Stage Isolated Inverter With Hybrid Sliding Mode Control

作者
期刊 IEEE Transactions on Power Electronics
出版日期 2025年1月
技术分类 电动汽车驱动
技术标签 LLC谐振
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 LLC转换器 伪直流链路半单级隔离逆变器 突发式调制技术 混合滑模控制 总谐波失真
语言:

中文摘要

基于 LLC 变换器的伪直流链路准单级隔离逆变器(PDL - SII)面临着在零电压开关运行区域内实现低增益输出的挑战。作为一种具有竞争力的选择,LLC 变换器的类突发调制技术通过控制变换器的激活,能提供比传统脉冲频率调制更低的增益,这对于采用 PDL - SII 配置的 LLC 变换器运行尤为有利。尽管传统突发调制在软开关和低增益方面具有优势,但其输出纹波会增加,可能影响输出电流质量。这主要归因于采样滤波器固有的采样时间延迟,以及 LLC 变换器在停用后由于谐振电路中残留能量而持续进行的能量传输。为解决这些问题,本文提出了一种用于 LLC 变换器的新型混合滑模控制(HSMC)方法。在所提出的 HSMC 中,通过平均 LLC 变换器模型将滤波效应降至最低,并通过分析 LLC 变换器的相平面轨迹准确预测停用和激活的最佳触发时刻。当将该方法应用于基于 LLC 变换器的 PDL - SII 并与 LLC 变换器的全桥和半桥拓扑变形策略相结合时,所提出的 HSMC 具有更高的效率和更低的总谐波失真(THD)特性。实验验证证实了理论分析,表明与传统方法相比,所提出的混合控制方法可将 THD 降低多达 1.6%,并将效率提高 1%。

English Abstract

The LLC-converter-based pseudo-dc link semisingle-stage isolated inverters (PDL-SII) face the challenge of achieving low gain outputs within the zero-voltage switching operation region. As a competitive option, the burst-like modulation technique for LLC converters offers a lower gain than conventional pulse frequency modulation, by managing the converter's activation, which is particularly advantageous for LLC converters operation in PDL-SII configuration. Despite its advantages in soft switching and low gain, conventional burst modulation suffers from increased output ripple, potentially affecting the output current quality. This is largely attributed to the sampling time delay inherent in the sampling filters, and the continued energy transmission of the LLC converter post-deactivation due to residual resonant circuit energy. To tackle these issues, a novel hybrid sliding mode control (HSMC) for LLC converters is proposed in this article. In the proposed HSMC, the filter effect is minimized through an averaged LLC converter model, and the optimal trigger timing for deactivation and activation is accurately predicted by analyzing the phase plane trajectory of the LLC converter. When applied to the LLC-converter-based PDL-SII and paired with the full- and half-bridge topology morphing strategy of the LLC converter, the proposed HSMC presents higher efficiency and reduced total harmonic distortion (THD) characteristics. Experimental validations confirm the theoretical propositions, demonstrating that the proposed mixed control can lower THD by up to 1.6% and boost efficiency by 1% compared with conventional approaches.
S

SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看,这项基于LLC谐振变换器的半单级隔离逆变器混合滑模控制技术具有显著的战略价值。该技术针对伪直流链路半单级隔离逆变器(PDL-SII)在低增益输出时难以保持零电压开关(ZVS)运行的核心痛点,提出了创新性解决方案,这与我司光伏逆变器和储能变流器产品的高效率、高功率密度发展方向高度契合。

技术价值方面,该研究通过混合滑模控制优化了LLC变换器的burst调制策略,有效解决了传统方案中输出纹波大、电流质量差的问题。实验数据显示THD降低1.6%、效率提升1%,这对我司追求98%以上系统效率和优异电能质量的产品定位具有直接意义。特别是在储能双向变流器和组串式逆变器应用中,该技术的全桥/半桥拓扑动态切换策略能够在宽输入电压范围内保持软开关,有助于降低磁性元件损耗和EMI设计难度。

从应用成熟度评估,该技术已完成实验验证,但相位平面轨迹预测算法的实时计算复杂度、极端工况下的鲁棒性以及与现有数字控制平台的集成仍需深入评估。对于阳光电源而言,主要机遇在于将此技术应用于新一代高频化、轻量化逆变器产品,特别是工商业储能和户用光储一体机领域,可显著提升产品竞争力。

技术挑战包括控制算法的DSP/FPGA实现优化、多机并联时的协调控制策略,以及在复杂电网环境下的适应性验证。建议我司技术团队重点关注该控制方法与SiC/GaN宽禁带器件的协同优化,以及在双向储能变流器中的拓展应用研究。